Особенности режима грунтовых вод при гидромелиорации земель

Изучение природных особенностей гидрогеологических условий и их изменения под влиянием мелиоративной деятельности зон не-

обходимо для решения многих инженерных задач на объектах при- родообустройства и водопользования.

Мелиоративная гидрогеология — это отрасль прикладной гид­рогеологии, которая изучает гидрогеологические условия в про­цессе мелиорации земель и для проектирования мелиоративных мероприятий (орошения, обводнения, осушения и пр.) с целью прогрессивного повышения плодородия почвы и высоких устой­чивых урожаев сельскохозяйственных культур на мелиорируемых землях.

Основными практическими задачами мелиоративной гидрогео­логии являются:

  • изучение гидрогеологических условий и прогноза их изменения под влиянием проектируемых мелиоративных решений;
  • проектирование дренажа, и других мелиоративных мероприятий;
  • рациональное использование и охрана подземных вод на мели-, орируемых территориях с учетом их воздействия на окру­жающую среду;
  • гидрогеологические наблюдения при эксплуатации мелиора­тивных систем.

Объективную оценку мелиоративных условий при гидромелио­рациях можно дать, только если специалисты гидрогеологи-мелио­раторы опираются на естественнонаучный анализ природных про­цессов, в том числе на изучение водного и солевого режима грун­товых вод.

Особенности режима грунтовых вод в районах орошения.

При оро­шении сельскохозяйственных полей часть вод идет на питание рас­тений, часть испаряется и часть (не считая сбрасываемой с полей) затрачивается на питание грунтовых вод. В связи с этим уровень грунтовых вод поднимается, вследствие чего активизируются их ис­парение и накопление солей в зоне аэрации и грунтовых вод. В ре­зультате может происходить засоление почв, что вызывает сни­жение урожайности сельскохозяйственных культур.

Дополнительное питание грунтовых вод происходит также при фильтрации воды из магистральных, распределительных и ороси­тельных каналов. Все эти процессы ведут к изменению режима грунтовых вод не только на орошаемых, но и на неорошаемых пло­щадях, расположенных в пределах массивов орошения.

Основными гидрологическими показателями, которые преобра­зуют ландшафты в зоне орошения, являются объем водоподачи (оросительная норма) и величина ирригационного питания. Оро ­сительная норма — это объем воды, который обеспечивает поддер­жание в корнеобитаемом слое почвы влажности, оптимальной для роста и развития растений и формирования максимального урожая культур.

Оптимальные биоклиматические оросительные нормы нетто (мм) сельскохозяйственных культур в различных природно-клима- тических зонах России, при различном уровне залегания грунтовых вод и для различной влагообеспеченности по году приведены в справочнике по мелиорации и водному хозяйству (орошение).

Ирригационное питание грунтовых вод.

Ирригационное питание грунтовых вод (включающее инфильтра- ционное питание при поливах и фильтрационные потери из ирри­гационных каналов) является основным гидродинамическим пока­зателем, на который необходимо налагать ограничения. При оценке инфильтрационного питания при поливах и начале процесса подъема уровня грунтовых вод необходимо учитывать возмож­ность транзитных потоков оросительной воды через корнеобитае­мый слой в объемах, достигающих, как правило, около 20% от сум­марных потерь воды на фильтрацию. Фильтрационные потери из оросительной сети (из магистральных каналов, межхозяйствен- ной и внутрихозяйственной сети) могут достигать 40—50% расхода канала.

Для различных ландшафтно-климатических зон (в зависимости от суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур) предложены экологические ограничения на величину инфильтра­ционного питания грунтовых вод, фильтрационные потери из ка­налов и оросительной сети и на величину суммарного ирригацион­ного питания грунтовых вод при существующем техническом и тех­нологическом уровне развития оросительных мелиораций.

Роль оросительных вод, фильтрующихся через дно и стенки ка­налов, в зависимости от природных условий может быть различной. Проникая в водоносные пласты и будучи менее плотными, они пла­вают на поверхности нижележащих слабо и сильно солоноватых вод, образуя своеобразные линзы и пополняя запасы подземных вод.

В условиях хорошего оттока они промывают почвы и породы от солей. В случае низких фильтрационных свойств пород и при отсутствии оттока в одних областях происходят подъем уровня грунтовых вод и подтопление, а в других вследствие испарения раз­вивается засоление почв.

На Украине (Ингулецкая оросительная система), в Азербай­джане (Кура-Араксинская низменность) и Туркмении за счет филь­трации вод из каналов и водохранилищ увеличились запасы под­земных вод, образовались верховодка, иногда с линзами пресных подземных вод, а также родники. Уровни грунтовых вод здесь быстро поднялись.

Орошение сточными водами.

Использование для орошения сбросных вод различных предприятий и хозяйств началось в XIX в. Впервые этот способ был применен в 1888 г. под Одессой. Позднее началось орошение сточными водами земель вблизи Москвы (Лю­берецкие поля орошения), Киева и Донецка.

Проблема почвенной утилизации отходов на удобрения имеет разноплановые аспекты и не отделима от проблемы плодородия почв и экологии. Многолетний опыт использования животновод­ческих стоков для орошения кормовых культур показал их высокую эффективность — урожайность растений возрастает в 2—3 раза и более по сравнению с богарой. Особенно эффективно использо­вание подобных стоков в Центрально-Черноземном, Поволжском, Северо-Кавказском и Западно-Сибирском районах. Исследования по орошению сточными водами проводились в Рязанской области (на ОАО «Рязанский свинокомплекс»). Сточные воды свинокомп­лекса используются для орошения кормовых культур, причем в структуре посевных площадей выращиваются злаковые травы, ко­торые неоднозначно реагируют на поливы сточными водами.

Результаты научных исследований показали, что орошение мно­голетних трав животноводческими стоками обеспечивает повы­шение плодородия почв (повышается содержание гумуса, увеличи­вается степень насыщенности основаниями, возрастает количество калия и фосфора, повышается содержание марганца и меди). Оро­шение животноводческими стоками при оптимизации норм полива повышает и качество многолетних трав — возрастают содержание сырого протеина, общее количество аминокислот, содержание калия, фосфора.

При использовании животноводческих стоков свинокомплексов и ферм крупного рогатого скота в структуре посевных площадей кормовых севооборотов ведущей культурой должны быть много­летние травы, особенно злаковые, как источник получения грубых кормов, сена, сенажа, силоса, травяной муки. На землях, ороша­емых сточными водами, следует выращивать культуры, которые характеризуются положительной реакцией на вневегетационные поливы при круглогодовом регулярном и циклическом орошении.

Орошение сточными и минерализованными водами в ряде слу­чаев оказывает существенное влияние на режим подземных вод. Этот вид орошения предполагает, с одной стороны, самоочистку сточных вод, а с другой — использование сельскохозяйственными культурами питательных веществ, содержащихся в этих водах. При орошении сточными водами обычно происходят загрязнение грунтовых вод и подъем их уровня. Так, на ряде участков полей орошения в Донбассе за 25 лет произошел подъем уровня грун­товых вод, с 0,5 до 2,8 г/л увеличилась минерализация, гидрокарбо­натный состав грунтовых вод изменился на сульфатный состав.

Если подземные воды сверху перекрыты плотными водонепро­ницаемыми породами, то загрязнения может и не быть. Так, в районах вблизи г. Люберцы и с. Кудиново, несмотря на 80-летний период орошения сточными водами, загрязнения подземных вод не установлено. Для использования сточных сбросных вод в ка­честве оросительных необходимо детальное изучение гидрогеоло­гических условий района, в особенности естественного режима и элементов баланса подземных вод.

Режим грунтовых вод в районах осушения.

В осушаемой зоне устойчивость агроландшафтов определяется нормой осушения и отводом избыточных вод. Понижение уровня грунтовых вод под действием осушительной системы приводит к увеличению уклона грунтового потока и водопритока к мелиоративной системе.

С понижением уровня изменяется водообмен грунтовых вод с зоной аэрации и уменьшается расход грунтовых вод на испарение и питание их инфильтрационными водами, уменьшаются влаж­ность почв и водообеспеченность растений. Осушительные системы должны обеспечивать оптимальные значения уровня грунтовых вод, влажности, зоны аэрации и температуры почв, которые отве­чают требованиям сельскохозяйственных культур и производства сельскохозяйственных и эксплуатационных работ на мелиориру­емых землях. На осушительных системах технология регулирования водного режима почв должна обеспечивать оптимальный диапазон изменения влажности почв для различных культур. Нижний предел оптимальной влажности осушаемой торфяной почвы для боль­шинства культур составляет 55—60%, а верхний — 70—75% от полной влагоемкости. Нормы осушения торфяных и минеральных почв должны изменяться в диапазонах от 65 до 100 см. Осушительные системы и мероприятия по их эксплуатации должны улучшать структурное состояние мелиорируемых почв, предохранять их от уплотнения, деградации и способствовать сохранению и накоп­лению гумуса в почве и повышению почвенного плодородия.

В районах осушения на заболоченных участках поверхность грунтовых вод совпадает с поверхностью земли или находится вблизи нее. Выделяются три типа сезонного режима грунтовых вод (А.А. Маккавеев):

  1. климатический, или водораздельный. Он наблюдается на плоских водоразделах и непроточных массивах со слабопрони­цаемыми водоносными породами и, следовательно, незначи­тельном подземном стоке. Колебания уровня грунтовых вод обу­словлены здесь атмосферными осадками и испарением;
  2. гидрологический. Он характерен для обширных низких речных террас и приозерных низменностей;
  3. напорный, или пьезометрический. Он типичен для районов, где грунтовые воды гидравлически связаны с нижележащими на­порными водами через слабопроницаемые породы, разделяющие грунтовые и напорные воды, или через окна в водонепроницаемой кровле напорных водоносных горизонтов. Этот тип является гидро­геологическим и чаще смешанным (климатическим и гидрологи­ческим, гидрологическим и гидрогеологическим).
Рейтинг@Mail.ru