Поиск

Мелиорация поймы р. Дубны
17.08.2015

Примером осушения древнеозерных пойм грунтового питания служит пойма р. Дубны (правый приток р. Волги). Длина Дубны 167 км, площадь ее водосбора равна 518 тыс. км2, из которой 60% занято лесом и 25% болотами. По строению русла и поймы река делится на три характерных участка:
- верхний (от истока до устья р. Куньи, длина 27 км), имеющий крутые склоны, узкую долину, извилистое заросшее русло шириной около 20 м и глубиной в межень 1,4—1,5 м;
- средний (от устья р. Куньи до д. Сущево), являющийся пойменным расширением (на этом участке в 1925—1929 гг. была отрегулирована р. Дубна с шириной русла 20—40 м, глубиной от 1—3 до 5—8 м, уклоном около 0,0001, скоростью течения 0,1—0,2 м/с);
- нижний (от д. Сущево до устья р. Дубны), представляющий узкую незаболоченную долину с шириной русла 14— 40 м, глубиной в межень 1—3 м.
Пойменное расширение р. Дубны — это огромное древнее озеро, заполненное ледниковыми и древнеаллювиальными образованиями, которые покрыты современными глинистыми, суглинистыми и супесчаными отложениями и торфом. Во многих местах поймы имеются мощные залежи озерной извести, сапропеля, ила. Современные образования формируются при активном участии паводковых, поверхностных и грунтовых вод, которые приносят на пойму минеральные и органические вещества. От существовавшего ранее древнего озера сохранилась только зарастающая часть (о. Заболотское).
В пределах пойменного расширения в р. Дубну впадает несколько притоков, берущих начало из ключей Клинско-Дмитровской гряды. На участке реки от истока до р. Перемойки находилось пять мельничных плотин с напором 3—3,5 м, в нижней части — три плотины с напором от 2,5 до 4 м, а на притоках Дубны было еще пятнадцать мельничных плотин: на р. Кунье три, на р. Перемойке (длиной 10 км) две, на p. Веле (длиной 47 км) десять. Все эти плотины влияли на сток реки и водный режим поймы.
Площадь земель пойменного расширения составляет 30 696 га. Около 80% площади поймы занимают торфяные, торфяно-глеевые и торфянисто-глеевые почвы, 18% площади — супесчаные и суглинистые избыточно увлажненные почвы и 2% — реки, каналы, озера.
На пойме выделяются четыре типа торфяников: низинные (90%), переходные (3%), смешанные (3%) и верховые (4%). Преобладающая степень разложения торфа 35—45%. Средняя зольность торфа на пойме 14,8% (от 1,2 до 44,8%).
При изысканиях на Дубнинской пойме не было заложено глубоких скважин, поэтому описание ее геологического строения и гидрологических условий дается по глубоким скважинам на прилегающем водосборе.
Современные аллювиальные образования состоят, из мелкозернистых темно-серых, серовато-синих и зеленоватых песков мощностью более 1 м. Выше них расположены иловатые суглинки, в некоторых местах опеечаненные, мощностью от 1 до 2 м или торф мощностью до 8 м. Коэффициент фильтрации песков 0,002—0,008 см/с. В северо-западной и северо-восточной частях массива и по берегам р. Сулоти торф подстилается супесями. Под торфом глин почти нет, суглинки широко распространены по всей пойме в виде небольших линз. В глубоких древних впадинах распространены мергелистые образования мощностью 3—5 м и сапропель. Гидрогеологические условия поймы не изучены.
Исследования режима уровней воды р. Дубны начались в 1889 г. (экспедиция И.В. Бушмакина) с целью создания в бассейне Верхней Волги, в частности в поймах pp. Дубны и Яхромы, водохранилищ для улучшения судоходства на Волге.
По длине реки уровенный режим изменяется неодинаково. На верхнем участке воды весеннего паводка проходят с несколькими пиками, бытовой уровень устанавливается во второй половине мая, летне-осенние уровни в некоторые годы близки к уровням весеннего половодья. На среднем участке пойменного расширения в 1934—1962 гг. максимальные уровни проходили от 5 апреля до 2 мая, достигая 3,5—5 м над меженью. Затопление поймы у с. Нушполы продолжалось от 3 до 49 дней (в среднем 30 дней). Пойма освобождалась от воды в конце мая — июне, а при совпадении с летними дождевыми паводками — в середине июля. Затопление начиналось 28 марта — 26 апреля, кончалось 17 апреля — 10 июня.
В периоды половодья водная поверхность пойменного расширения почти не имеет уклона.
Летне-осенние дождевые паводки проходят с максимальными уровнями в сентябре — октябре. За 29 лет наблюдений у с. Нушполы только 9 паводков превысили 100 см и наивысший паводок 1953 г. составил 250 см. Летний паводок 1953 г. по высоте равнялся весеннему, а по продолжительности и объему превзошел его. Этот уровень соответствует примерно максимальному уровню 1 %-ной обеспеченности. Средняя продолжительность паводкового затопления составляет 30 дней, а во время очень высоких паводков — 1,5—2 месяца.
Бытовые уровни устанавливаются в конце июня — июле. Во время дождей в сентябре — октябре продолжительность их сокращается. Уклон реки по бытовым уровням от Замостья до Сущево очень маленький — 0,0001.
Сток р. Дубны изучен слабо, систематически расходы реки не измеряли, наблюдения проводили в разное время на разных створах. Средний годовой модуль стока р. Дубны равен 6,5 л/с с 1 км2. Максимальные расходы весеннего половодья за 29-летний период наблюдений (с 1934 по 1962 г.) составляют на водомерном посту у с. Нушполы 99,2 м3/с. Максимальные расходы дождевых паводков значительно изменяются на пойменном расширении. Так, максимальный расход дождевого паводка 10%-ной обеспеченности составил в 1960 г. в верховье (ус. Константиново) 66,5 м3/с, а ниже (у с. Нушполы) только 31,6 м3/с, продолжительность паводка увеличилась с 17. до 49 дней.
Для осушения поймы к 1932 г. были выполнены следующие работы: отрегулировано русло р. Дубны на протяжении 57,5 км; отрегулированы притоки: р. Нушполка на протяжении 4 км, а р. Сулоть на протяжении 8 км; прорыт Веле-Дубнинский канал длиной 7,9 км для переброски вод р. Вели ниже по течению р. Дубны; прорыта регулирующая сеть длиной 16,3 км и проводящая длиной 21,2 км; построены дороги (3,8 км) и 12 мостов. В 1938 г. была отрегулирована р. Кубжа на протяжении 3,2 км. В предвоенные годы в районе Константиново была осушена пойма открытой сетью на площади около 1000 га.
Ранее выполненные работы по регулированию р. Дубны и устьевых частей ее притоков, строительство открытой мелкой осушительной сети на части пойменных земель значительно изменили водный режим поймы, сократив продолжительность весеннего и летне-осеннего паводкового затопления и понизив глубину стояния грунтовых вод в вегетационный период.
Изменение водного режима поймы привело к смене растительности. Улучшились пастбища для скота. Непроходимые болота превратились в доступные для передвижения. Отдельные участки поймы р. Дубны стали пригодны для выращивания зерновых и овощных культур. Так, по данным отчета Овсянниковского опорного пункта, на опытном участке осушенного болота в 1934—1936 гг. были получены урожаи (ц/га) яровых зерновых культур: ячменя 50,5, овса 17,8, проса 15,5, гороха 11, гречихи 12; корнеплодов: сахарной свеклы 155, кормовой свеклы 184, моркови столовой 114, моркови кормовой 93, брюквы кормовой 376, турнепса 379, капусты «Слава» 250; трав: тимофеевки 96, овсяницы луговой 55, клевера белого 80, лисохвоста 115, полевицы белой 67,
Однако работы по дальнейшему более интенсивному осушению и освоению поймы р, Дубны были прерваны Великой Отечественной войной.
Русло реки на многих участках заросло, заилилось, покрылось корягами и топляками, уровни воды поднялись. В результате 64% площади поймы покрыто мелколесьем, 20% занято сенокосами и пастбищами с травостоем низкого качества, 16% территории, покрытой болотами, вообще не используется. Kyльтуртехническое состояние поймы неудовлетворительное.
При осушении поймы р. Дубны недостаточно использовался накопленный к тому времени отечественной осушительной мелиорацией опыт и мало учитывались природные условия. В водном питании поймы значительную роль играют поступающие с водосбора грунтовые и делювиальные склоновые воды, но они не перехватывались нагорными и ловчими каналами. Тальвеговая сеть не применялась. Поэтому даже после осушения поймы значительная часть ее территории быстро пришла в прежнее состояние и не использовалась.
Опыт осушения поймы р. Дубны показал, что такие земли нужно интенсивно использовать под искусственные сенокосы и пастбища, овощные и кормовые культуры. Осушение следует проводить совместно с культуртехническими и агротехническими мероприятиями, увлажнением в вегетационный период, особенно во время засухи.
На опытном участке у д. Овсянниково (кроме регулирования реки) была прорыта сеть мелких открытых осушительных каналов на расстоянии 100, 175, 60, 50 м друг от друга.
На рисунке 8 приведен поперечный разрез поймы и нанесены уровни грунтовых вод на пойме с января по октябрь (кроме марта) 1937 г. Грунтовые воды в течение всего времени наблюдений тесно связаны с уровнями воды в реке, на положение которых влияет микрорельеф поймы и испарение. В августе, сентябре, октябре наблюдались самые низкие уровни грунтовых вод, значительно превышающие глубину осушительных каналов. Причем эти уровни понижаются почти параллельно друг другу (кроме участка, расположенного на расстоянии до 70 м от русла реки). Следовательно, отрегулированный водоприемник является определяющим фактором в положении грунтовых вод на этом участке поймы.

Мелиорация поймы р. Дубны

Ввиду того что пойма осушалась под улучшенные естественные сенокосы и пастбища и эксплуатация осушительной системы за прошедшие после ее постройки годы находилась в неудовлетворительном состоянии, для современного использования поймы необходимо осуществить более интенсивные гидромелиоративные мероприятия. Эти мероприятия должны обеспечить своевременный отвод весенних паводковых вод с поймы, не допускать летнепаводкового затопления, понизить грунтовые воды на необходимую глубину во время вегетации культур и производства сельскохозяйственных работ и увлажнить почву в засушливые периоды.
В настоящее время осуществляется проект института «Росгипроводхоз» осушения путем регулирования русла р. Дубны на протяжении 55,5 км и ее притоков в пределах поймы, перехвата склоновых, делювиальных вод нагорными каналами, ускорения поверхностного стока, оттока инфильтрационных вод и понижения уровня грунтовых вод открытой и закрытой регулирующей сетью.
Расчет русла реки произведен на летне-осенний расход 25%-ной обеспеченности для использования осушаемой территории под луга и на бытовые расходы 10%-ной обеспеченности. Предполагается сократить продолжительность весеннепаводкового затопления 10%-ной обеспеченности с 42 до 26 дней.
После регулирования реки пропускная способность ее русла на расстоянии 11,8 км ниже осушаемого массива возрастает с 30 до 100 м3/с. Расстояние между регулирующими каналами определено исходя из принятой глубины понижения грунтовых вод 0,4 м через 25 дней после спада половодья. На торфяных и минеральных грунтах с глубиной до водоупора 3 м расстояние равно 150 м, на торфяниках и минеральных грунтах с глубиной до водоупора от 4 до 10 м расстояние равно 200 м. Глубины регулирующих каналов приняты 1,5—2 м с учетом осадки торфа, минимальные уклоны 0,0005; расстояния между проводящими каналами 800—1000 м, глубины их 2—2,5 м с учётом осадки торфа, минимальные уклоны 0,0003. Форма проводящих и регулирующих каналов трапецеидальная с шириной по дну соответственно 1 и 0,6 м. Вынутый из каналов грунт разравнивается в кавальеры слоем 30—35 см для проводящих и слоем 10—15 см для регулирующих каналов.
Под руководством автора были возобновлены наблюдения за грунтовыми водами на Дубненской пойме и уровнями воды в реке на Сущевском и Нушпольском водомерных постах и оборудованы новые водомерные посты у сел Константиново и Замостье. Уровни замеряли круглый год.
Кроме наблюдений за грунтовыми водами и уровнями воды в реке изучались вопросы размерзания грунтов на пойме и вне поймы, динамика влажности на Нушпольском и Сущевском створах, атмосферные осадки и др.
Наблюдения за грунтовыми водами и уровнями воды в р. Дубне имели особое значение не только для данной, но и для других пойм, так как влияние отрегулированного водоприемника на осушение прилегающих земель является спорным и не всегда учитывается.
Сущевский гидрогеологический створ проходит по правому и левому участкам поймы р. Дубны (длина его 1430 м). В течение 1947—1951 гг. наблюдения на створе проводили круглый год (кроме паводков) с замерами уровней каждую пятидневку, а с 1952 г. уровни замеряли только летом. На рисунке 9, г изображено геологическое строение поймы в зоне створа 4, оборудованного семью колодцами.
Мелиорация поймы р. Дубны

На рисунке 10 изображены изменения уровней воды в реке, грунтовых вод и атмосферных осадков. Ежегодно пойма затопляется весенними паводковыми водами в течение продолжительного времени, особенно левобережная часть. Кроме весенних паводки наблюдаются в августе, октябре, ноябре, достигая в некоторые годы не меньших уровней, чем весенние. Такое положение с затоплением поймы говорит о неудовлетворительном состоянии водоприемника при освоении поймы даже под луга и необходимости проведения регулирования реки.
Наблюдеция за грунтовыми водами на створе, приведенные к абсолютным отметкам уровней, изображены в виде гидроизоплет, которые характеризуют изменение уровней грунтовых вод по поперечникам в зоне наблюдения по времени, По оси абсцисс отложены расстояния между колодцами, по оси ординат — время наблюдений. Каждый замер уровня грунтовых вод в колодце в абсолютных отметках выписывается в точке пересечения ординаты, идущей по направлению от колодца, с абсциссой, соответствующей дате наблюдения. По интерполяции проводятся изоплеты — линии, соединяющие равные уровни.
На рисунке 10 изображены изоплеты по Сущевскому створу за 1950—1951 гг. Характер изоплет за все годы наблюдений одинаков. Это особенно ярко видно по изоплетам 1950—1951 гг., соответствующим круглогодовым наблюдениям. Плавность изменений в характере изоплет нарушается только в периоды паводков или во время выпадения значительных количеств осадков (июль 1951 г.) или продолжительных дождей. Наибольшие изменения в характере изоплет наблюдаются в левобережной части и менее значительные в правобережной. Наиболее заметные колебания около водоприемника, с удалением от него они затухают.
Уровни грунтовых вод в правобережной части расположены близко к поверхности (примерно на 0,2—0,6 м на разных участках) и значительно ниже (на 0,6—1,4 м) в лево-бережной; с удалением от реки осушительное действие ее уменьшается. Здесь оказывает влияние более плоский рельеф левобережной части поймы.
На Сущевском створе проводились трехлетние наблюдения за влажностью почвы в вегетационный период и за процессом размерзания почвы на пойменном и внепойменном участках.
Мелиорация поймы р. Дубны

Мелиорация поймы р. Дубны

Решающую роль в осушении поймы в районе Сущевского створа должно сыграть регулирование р. Дубны, которое сократит весеннее паводковое затопление и избавит пойму от летне-весенних паводков. Для осушения притеррасной части необходимо прорыть нагорно-ловчий канал и, возможно, дополнительно глубокий канал или сеть, так как при значительном уклоне местности осушительное действие реки и ловчего канала для интенсивного освоения земель под овощные, кормовые культуры и пастбища может оказаться недостаточным.
Нушпольский гидрогеологический створ (длиной 1300 м) расположен около с. Нушполы. Наблюдения проводятся с 1946 г. на правобережной и левобережной частях поймы по 10 колодцам (5 колодцев на каждой стороне поймы).
На рисунке 9, в. представлено геологическое строение поймы в районе створа. Пойма состоит из торфа, а около русла из суглинка, подстилаемых иловатым песком с прослойками суглинка.
Мелиорация поймы р. Дубны

Мелиорация поймы р. Дубны

На рисунке 11 показаны поперечное сечение поймы с расстояниями между колодцами, отметками поверхности земли, отметками верха и доньев колодцев и результаты наблюдений на водомерном посту за уровнями воды в р. Дубне и грунтовыми водами с 1950 по 1951 гг.
Наблюдения за грунтовыми водами в 1950—1951 гг. проводили с замерами уровней каждую пятидневку (кроме паводков). По результатам замеров составлены гидроизоплеты. График изменения уровня роды в реке изображен на том же рисунке, В этой части поймы уровни грунтовых вод подвержены более резким колебаниям, чем в районе д. Сущево. В июле, августе, сентябре вследствие испарения грунтовые воды расположены обычно наиболее глубоко, а в октябре— ноябре они поднимаются. В 1950 и 1951 гг. уже в августе произошел резкий подъем грунтовых вод с затоплением поймы.
Растянутое весеннее затопление, частые и длительные летние и осенние паводки, высокие уровни грунтовых вод в послепаводковый период, их медленный спад летом, продолжающийся до середины или конца июня, и раннее начало осеннего подъема грунтовых вод доказывают неудовлетворительность водного режима поймы для интенсивного использования. Следовательно, в первую очередь надо отрегулировать русло реки для сокращения продолжительности весеннего и прекращения летне-осеннего паводкового затопления. Для перехвата же поверхностных и грунтовых вод с водосбора необходимо устроить нагорно-ловчие каналы, а вне зоны действия реки — глубокие каналы или систематическую сеть. При интенсивном использовании после осадки, торфа отдельные участки необходимо осушать дренажем вместо открытой сети.
Наблюдения за влажностью почвы на глубине 40, 60, 80 и 100 см около колодцев проводили в июне — сентябре 1948 и 1949 гг. и в июне — июле 1950 г. По данным наблюдений вычерчены кривые одинаковой влажности — хроноизоплеты. Анализы влажности почвы показывают крайне различные ее изменения по разным колодцам, по глубине и по времени. По всей вероятности, на влажность влияют не только изменения уровня грунтовых вод, осадки, испарение, но и неоднородность пойменных грунтов. Существенный недостаток весового метода состоит в том, что каждый раз определяется влажность нового образца почвы, отличающегося своим строением и свойствами.
Преимущество определения влажности почвы с помощью изотопов по сравнению с весовым способом заключается в том, что образец взвешивают один раз, а затем наблюдают изменение влажности одной и той же почвы. Это гарантирует от неизбежных случайностей и ошибок, возникающих при весовом методе.
Константиновский гидрогеологический створ расположен в верховье пойменного расширения, не захваченного торфообразовательными процессами. Русло хорошо разработано. Суглинки глубиной около 1 м подстилаются иловатым песком (см. рис. 9, а). Отложение суглинка, по-видимому, связано с поступлением делювиальных вод с водосбора по крутым склонам притеррасья, состоящего из суглинков и глин, а также отложений самой реки. Рельеф поймы, кроме прирусловой части, плоский, выравненный (разница отметок на протяжении около 1500 м 10—20 см).
Мелиорация поймы р. Дубны

На рисунке 12 показан поперечный разрез створа с указанием номеров колодцев, расстояний между ними, отметок поверхности земли.
По данным наблюдений за уровнями воды в реке вычерчен график изменений уровней, а по замерам уровней грунтовых вод в колодцах нанесены их гидроизоплеты.
После весеннего паводка уровни в реке резко снижаются и располагаются примерно на 1,5—2 м от поверхности поймы. Несмотря на это, влияние водоприемника на понижение уровня грунтовых вод сказывается на расстоянии около 200 м. Уровень грунтовых вод на пойме за счет испарения изменяется в пределах 20—40 см, а в некоторые годы остается постоянным; небольшие изменения наблюдаются в притеррасной части за счет притока дождевых вод. Дальнейшее регулирование реки здесь не окажет влияния на понижение уровня грунтовых вод, на ускорение стока послепаводковых, делювиальных и атмосферных вод с поймы. Даже при небольших дождях, несмотря на глубокие уровни воды в реке, грунтовые воды на пойме поднимаются к поверхности, и выпадающие осадки покрывают пойму слоем воды. Необходимо поэтому оградить пойму от притока склоновых поверхностных вод нагорными каналами, ускорить отвод поверхностных вод систематической регулирующей сетью открытых каналов, врезающихся своими доньями в песок (при осушении под сенокосы), или закрытыми собирателями вместе с тальвеговыми каналами (при осушении под овощные, кормовые культуры и пастбища).
У с. Замостье гидрогеологический створ расположен на правобережной и левобережной поймах, состоит из 10 колодцев. Расстояние между крайними колодцами створа 956 м. Как видно на гидрогеологическом створе (рис. 9, б), донья всех колодцев врезаются в иловатый песок, подстилающий торф и около русла в суглинок.
На рисунке 13 изображены графики изменения уровней воды в р. Дубне, изоплеты уровней воды на пойме и поперечный разрез створа с указанием номеров колодцев и отметок поверхности земли. Кроме того обычно указывают отметки дна и верха колодцев и расстояние между ними.
В реке наблюдался крайне неравномерный водный режим (несколько явно выраженных пиков паводков). Летние паводки 1950, 1955 гг. и осенний 1952 г. почти равны по высоте весенним. Только в 1954 г. после спада весеннего паводка не наблюдалось подъемов уровня воды в реке. Уровни грунтовых вод, наиболее высокие из которых были в 1952, 1953 гг., тесно связаны с речными уровнями, испарением с поверхности и поступлением грунтовых вод с водосбора.
Наблюдения за водным режимом поймы позволяют запроектировать соответствующие гидромелиоративные мероприятия.
Мелиорация поймы р. Дубны