Обработка наблюдений за расходами воды

Расходы воды в реках, постоянно изменяющиеся в течение года (рис. 20) и по годам, используют для определения расчетных модулей стока по фактическим наблюдениям, вычисления величины твердого стока, планирования водохозяйственных мероприятий.

Рис. 20. Гидрограф стока р. Тосно (1980 г.)

 

Построение кривой обеспеченности расходов. При проектировании осушительных систем для определения размеров проводящих каналов, расчета диаметров труб, ширины отверстий водосбросных сооружений, пролетов мостов и других целей вследствие большой изменчивости расходов необходимо знать их обеспеченность (вероятность превышения). Обеспеченность определенного значения расхода, модуля или уровня показывает вероятность появления и превышения данных величин и вычисляется в процентах (от 100 %). Например, с вероятностью 100 % можно утверждать, что в непересыхающих водотоках будет постоянно наблюдаться движение воды, но с очень малой вероятностью возможен катастрофически большой расход (или уровень). Обеспеченность наглядно характеризуется теоретической кривой обеспеченности (рис. 21).

Вследствие большой изменчивости расходов для построения кривой обеспеченности необходимо иметь достаточно продолжительный ряд наблюдений. Вполне достоверный результат можно получить при использовании только длительных, не менее 30-50 лет, наблюдений. Однако в практике гидрологических расчетов, особенно при проектировании осушения лесных земель в удаленных районах, не всегда есть возможность вести длительные наблюдения, приходится ограничиваться краткими 15-20-летними наблюдениями.

Построению кривой обеспеченности предшествует обработка результатов наблюдений. В таблице 8 приведена обработка 15-летних наблюдений за расходами воды в р. Тигода. В основу обработки положены методы математической статистики.

Таблица 8 - Вычисление параметров кривой обеспеченности средних годовых расходов (р. Тигода; F = 58900 га)

№ и/п	Год	Расход, м^3/c	К	К - 1	(К – 1)^2	Обеспеченность, %
1	2	3	4	5	6	1
1	1966	6,00	1,57	0,57	0,324	4,5
2	1978	4,88	1,28	0,28	0,078	11,0
3	1974	4,84	1,27	0,27	0,073	17,5
4	1968	4,82	1,26	0,26	0,068	24,0
5	1971	4,62	1,21	0,21	0,044	30,5
6	1977	4,31	1,13	0,13	0,017	37,0
7	1969	4,13	1,08	0,08	0,006	43,5
8	1970	4,07	1,07	0,07	0,005	50,0
9	1967	3,52	0,92	-0,08	0,006	56,5
10	1976	3,47	0,91	-0,09	0,008	63,0
11	1975	3,33	0,87	-0,13	0,017	69,5
12	1965	2,89	0,76	-0,24	0,058	75,8
13	1972	2,48	0,65	-0,35	0,122	82,5
14	1964	2,44	0,64	-0,36	0,130	89,0
15	1973	1,39	0,36	-0,64	0,409	95,4

 

По расходам разных лет Q по мере убывания их величины (графа 3) определяем среднеарифметическую величину расхода Q (среднее значение):

         (66)

Зная среднее значение расхода, вычисляем модульный коэффициент (графа 4), который определяется отношением величины расхода каждого из членов ряда наблюдений Q к среднему значению:

           (67)

Проведя вычисления (графы 5 и 6), находим коэффициент вариации по формуле

        (68)

где К - модульный коэффициент; N - число лет наблюдений. В нашем примере

 

Кривая обеспеченности обычно асимметрична относительно среднего значения, ее характеризует коэффициент асимметрии С_S. При небольших коэффициентах вариации коэффициент асимметрии принимается равным удвоенному коэффициенту вариации:

С_S = 2 С_V                          (69)

Коэффициент асимметрии, вычисленный по формуле (69), для данных табл. 8 оказывается равным 0,60.

Поданным табл. 8 можно вычислить эмпирическую обеспеченность каждого члена ряда по формуле Н.Н.Чегодаева:

                 (70)

где m - порядковый номер члена ряда в ранжированном ряду; N - общее число членов ряда.

Вычисления обеспеченности членов ряда приведены в графе 7 табл. 8.

Для построения теоретической кривой обеспеченности ведут вычисления по форме табл. 9. Ординаты кривой обеспеченности вычисляют по формуле

(71)

где  - расход воды данной обеспеченности; - отклонения ординат кривой Пирсона III типа от середины для соответствующего коэффициента асимметрии С_s - (принимается по таблице прил. 3); C_v - коэффициент вариации; Q - средний расход.

В табл. 9 приведено вычисление обеспеченности среднегодовых расходов р.Тигода. Площадь водосбора реки 58 900 га. С учетом коэффициента асимметрии по таблице прил. 3 находят отклонения ординат Ф, вводят поправку с учетом коэффициента вариации и по формуле (71) вычисляют расход воды для соответствующей обеспеченности.

Таблица 9 - Вычисление обеспеченности среднегодовых расходов (р.Тигода, С_V = 0,30, С_S = 0,60)

Расчетные величины	Обеспеченность, %
	1	3	5	10	25	50	75	90	95	0.97
Ф	2,75	2,12	1,80	1,33	0,61	-0,10	-0,72	-1,20	-1,45	-1,61
ФCV	0,82	0,71	0,54	0,44	0,18	0,03	0,22	0,36	-0,43	-0,48
ФCV + 1	1,82	1.71	1,54	1,44	1,18	0,97	0,78	0,64	0,57	0,52
(ФCV + l) Mo=Qo%	6,93	6,51	5,82	5,48	4,50	3,70	2,97	2,44	2,17	1,98

 

По данным табл. 9 строят теоретическую кривую обеспеченности (рис. 21). Для построения кривой по оси ординат откладывают расходы (м3/с), по оси абсцисс - обеспеченность Р_%. Для сравнения данных на этом же графике по табл. 8 откладывают расходы (графа 3) соответствующей обеспеченности (графа 7).

Рис. 21. Теоретическая кривая обеспеченности:

* эмпирические данные; ° расчетные значения

Построенная таким образом теоретическая кривая обеспеченности сглаживает эмпирические данные и позволяет определять величины для малых и больших значений обеспеченности за пределами экспериментального ряда.

 

Твердый сток

Стекающая по земной поверхности вода разрушает ее. Различают два вида деятельности поверхностных вод: смывание и размывание. При движении в руслах вода вызывает разрушение (размыв) берегов. Продукты смыва и размыва попадают в реки, образуя наносы. Наносы имеют большое экологическое влияние и промышленное значение. Они изменяют профиль дна и глубину рек в разных местах, влияют на жизнь водоемов и на рыбное хозяйство, воздействуют на работу гидроэлектростанций, на формирование дельты и пр.

Наносы могут быть взвешенными и влекомыми. Взвешенные наносы переносятся водой во взвешенном состоянии, влекомые - перемещаются по дну без подъема и в основном служат материалом для формирования отложений в руслах.

Твердый сток в основном определяется величиной взвешенных наносов. Степень насыщенности воды наносами (твердыми частицами) называют мутностью воды. Мутность измеряется весом наносов в определенном объеме воды (г/м3, мг/л). В реках России мутность изменяется от нескольких граммов до десятков килограммов в 1 м3 воды. Средняя мутность р. Невы - 5 г/м³, р. Аму-Дарьи - 2,4 кг/м³, рек Кавказа - 10-15 кг/м³. Мутность рек в течение года изменяется, наименьшая мутность наблюдается в зимнее время, наибольшая - в период половодий и паводков, а в горах - в период интенсивного таяния ледников.

Приборы, с помощью которых определяют мутность воды, называют батометрами, имеют форму бутылок различного типа (можно использовать и обычные бутылки). Поскольку мутность воды различна по глубине и ширине реки, то пробы нужно отбирать в различных точках живого сечения потока.

Вычисление стока взвешенных наносов производится по мутности воды и расходам. Среднесуточные расходы определяют по формуле:

R_ср = 0,001рQ        (72)

где R_cp - среднесуточный расход взвешенных наносов; р - средняя мутность воды за сутки, г/м³; Q - среднесуточный расход воды, м³/с.

Если мутность воды определяли в течение года (или периода года), то, имея данные по расходам воды (гидрограф стока, рис. 20), можно узнать общий расход твердого стока за год или любой период года.

Контрольные вопросы. 1. Что такое гидрологический режим рек? 2. Фазы водного режима рек. 5. Как устроены свайные и реечные водомерные посты? 4. Можно ли и каким образом обеспечить постоянную регистрацию уровней воды в реках, каналах? 5. Какие графики характеризуют режим уровней воды в реках? 6. Как определяется скорость движения воды в реках? 7. Как определить расход воды в реке? 8. Что такое обеспеченность? 9. Для чего необходима теоретическая кривая обеспеченности? 10. Что такое твердый сток?

 

Лекция 4

ПОЧВЕННЫЕ И ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

Вода в почвогрунтах может находиться в твердом, жидком и парообразном состоянии. Основы классификации видов воды в почве были предложены А.Ф.Лебедевым [13]. Почвенная влага детально изучена А.А.Роде [26]. Существенным качеством почвы и почвогрунта является пористость (порозность), характеризующая суммарный объем всех пор в единице объема грунта:

                    (73)                                                                                  

где  - порозность;  - объем всех пор в единице грунта;  - общий объем единицы грунта.

Размер пор колеблется от долей микрона до 2-5 см. Величина пористости выражается в процентах от общего объема почвы и может варьировать от 30-35 % в глинах до 90-98 % в крупнозернистых песках и торфах. Почвенная вода заполняет поры почвы, находясь в них в парообразном или жидком состоянии.

 

Виды воды в почве

Влага в почве подразделяется на парообразную, связную и свободную.

Парообразная влага заполняет свободные пустоты (поры) грунта в форме пара, передвигаясь из областей с повышенной упругостью в места с более низкой.

Связная влага подразделяется на гигроскопическую и пленочную. Гигроскопическая влага накапливается в почве за счет сорбционных сил почвенных частиц и удерживается молекулярными силами. Содержание гигроскопической влаги зависит от количества парообразной влаги в воздухе. Высший предел гигроскопической влаги, сорбированной почвой, соответствует максимальной гигроскопичности. Пленочная вода, удерживаемая молекулярными силами почвенных частиц и воды, может увеличиваться до максимальной молекулярной влагоемкости. Передвижение такой воды возможно только путем перетекания от частиц почвы с толстыми пленками влаги к частицам с тонкими пленками. Перемещение влаги идет очень медленно без участия силы тяжести.

Свободная влага удерживается в почве за счет сорбционных сил и капиллярных свойств почв или грунтов. Она подразделяется на стыковую, капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую. Максимальное содержание капиллярно-подвешенной влаги в почве соответствует полевой влагоемкости (наименьшей влагоемкости). Под полевой влагоемкостью понимают способность почвы удерживать в капиллярах максимально возможное количество воды без стекания вниз. Передвижение воды в таком состоянии возможно только при увеличении увлажнения, проявляясь путем увеличения слоя промачивания. Свободной фильтрации воды нет. Максимально возможное содержание воды в почвогрунтах, когда происходит полное заполнение всех пор влагой, определяет понятие полная влагоемкость. Вода, заполняющая поры почвы и передвигающаяся под влиянием сил тяжести, называется гравитационной. При полном насыщении водой почвогрунтов, когда заполнены все поры, движение воды происходит вследствие гидродинамического давления. Гравитационную воду часто называют грунтовой водой. Движение грунтовой (или гравитационной) воды в пористой среде называется фильтрацией, измеряемой скоростью и количеством расхода воды, протекающей в единицу времени через единицу площади, выделенную в пористой среде. Закономерности движения жидкости в пористой среде установлены в середине прошлого века французским инженером Дарси.

 

Закон Дарси

В пористой среде, каковой является почва, фильтрующаяся вода вследствие вязкости испытывает большое сопротивление. Движение воды может происходить только при наличии определенного уклона, изменяющегося в зависимости от водно-физических свойств почв и, прежде всего, пористости грунта.

Рассмотрим такой опыт. Соединим два цилиндра трубкой. Трубку длиной l (рис. 22) заполним песком, удерживая его от размыва на концах трубки сеткой. Затем заполним водой левое колено. При поступлении фильтрующейся воды из левого в правое колено она образует напор h₂, меньший напора h₁ в левом колене.

Рис. 22. Схема опыта по проверке закона Дарси

Гидравлический уклон i принимается равным отношению разности напоров h ₁ – h₂ = Н к длине пути фильтрации l. Скорость фильтрации можно определить по формуле

                        (74)

Для многих грунтов (песка, глины, торфяных почв и т.д.), где происходит ламинарное движение воды, скорость фильтрации очень мала и гидравлический уклон равен пьезометрическому. Наблюдается линейная зависимость скорости фильтрации от пьезометрического уклона:

V = Ki,                          (75)

где К - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации; он равен скорости фильтрации при уклоне, равном единице.

Равенство (75), установленное в 1856 г. французским гидротехником Дарси, называется законом Дарси.

В гидравлике величину i, определяющую уменьшение полной энергии потока на единицу длины, называют гидравлическим уклоном, или градиентом напора, определяя ее как отношение потерь напора , к пути . В грунтах и почвах, где вода содержится в молекулярно связанном состоянии, явление фильтрации возникает лишь тогда, когда величина градиента напора превышает некоторое значение i ₀, называемое начальным градиентом. В этом случае

V=K (i – i ₀)                                    (76)

Для очень плотных глин i₀ = 20-30.

В порах крупнозернистых грунтов (гравий, галька, щебень и др.) скорость фильтрации может быть очень большой и не зависеть от пористости; в таком случае вода движется как в открытом потоке и ее движение не подчиняется закону Дарси, что является верхней границей применения уравнения Дарси.

К грунтовой следует относить гравитационную воду, движение которой в почве подчиняется закону Дарси независимо от глубины залегания в почве или грунте. Существующие в почвоведении понятия «верховодка», «почвенная вода», «грунтовая вода» - суть разновидности грунтовой воды.

 

Раздел II

ОСУШЕНИЕ ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ

Лекция 5

ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ФОНД

Требования растений к водно-воздушному режиму почв

Известно, что растения на 70-85 % состоят из воды. Степень насыщенности водой тканей растений имеет важное значение для их жизнедеятельности. Почти все физиологические процессы в растениях протекают при наличии воды, поэтому обеспеченность растений водой является обязательным условием для нормального обмена веществ. Вода входит в состав протоплазмы, участвует в фотосинтезе, служит растворителем для минеральных солей газов, поступающих в растения и перемещающихся в них. Проникающая через корни путем десукции вода в основном испаряется в процессе транспирации, небольшое ее количество используется при обмене веществ, обеспечивая развитие и рост растений. Важность воды очевидна, однако нормальная жизнедеятельность растений возможна только при соблюдении правильного соотношения между подачей воды корнями в процессе десукции и расходованием ее надземными частями в процессе транспирации. Это условие выполнимо при оптимальной увлажненности почвы. Исследования показывают, что нормальная увлажненность наблюдается тогда, когда примерно 2/3 почвенных пор занято водой, а 1/3 заполнена воздухом. Такое состояние возникает при увлажненности на уровне полевой влагоемкости.

Содержание воздуха в почве можно определить по формуле:

,         (82)

где V - количество воздуха, % от объема почвы; Р - порозность почвы, % от ее объема;  - объемная масса почвы;  - весовая влажность, % к массе сухой почвы.

При малом содержании воздуха ухудшается аэрация, в почве возрастает концентрация СО₂ и уменьшается содержание О₂, что приводит к нарушению аэробного дыхания и появлению гликолиза. Продукты гликолиза ингибируют рост корней.

Аэрация почвы оценивается диффузией газов, являющейся основным фактором аэрации. Иногда ошибочно аэрацией называют содержание воздуха в почве. Диффузия зависит от объема пор, свободных от воды. Поэтому содержание воздуха в почве является показателем аэрации, но не ее синонимом. Для обеспечения нормальной аэрации необходимо устранить избыток влаги в целях освобождения необходимого количества пор от воды. По исследованиям Н.П.Поясова [22], диффузия в темно-каштановых почвах по мере уменьшения порозности почвы уменьшалась и практически прекращалась, когда содержание воздуха в почве снижалось до 12% общей порозности. В условиях переувлажнения почв значительную часть времени летом и постоянно весной и осенью почва почти полностью лишена воздуха. Высоким концентрациям СО₂ способствует и интенсивная минерализация органического вещества в верхних слоях почвы выше уровней грунтовых вод.

Отрицательное влияние избытка влаги на растения проявляется не только в уменьшении содержания воздуха в почве и ухудшении аэрации, но и непосредственно в виде подтопления корневых систем. Наши исследования показали, что грунтовые воды торфяных почв почти постоянно полностью лишены кислорода.

Содержание кислорода в грунтовых водах болот, мг/л

На глубине, см:	Май	Июнь	Июль
10	0,7	0,6	0
25	0,1	0,2	0
50	0	0	0

 

Роль кислорода, растворенного в воде, показана в работах А.Я. Орлова [19], которыми доказано, что при подтоплении водами с содержанием кислорода менее 1-2 мг/л на протяжении более 4-5 дней происходит отмирание корней. В переувлажненных почвах ухудшается режим питания. Поданным А.В. Хотяновича/34/, ассимиляция азота корнями при недостаточной аэрации резко снижается. В условиях избытка влаги и плохой аэрации отмечалось замедленное поступление фосфора. При недостаточной аэрации происходят изменения и в самой почве - накапливаются соединения закисного железа и сульфидов, токсичных для растений, активизируются процессы глееобразования. При больших концентрациях закисного железа образуются фосфатные соли железа, фосфор которых практически недоступен для растений.

При подъемах уровней воды в реках в периоды весенних половодий или летне-осенних паводков может наблюдаться затопление участков леса. Жизнедеятельность растений, подвергнувшихся затоплению, зависит от его длительности и физиологического состояния деревьев в период затопления. Менее отрицательны последствия при затоплении леса до периода вегетации. Наблюдения при подъеме воды в р. Тосно и затоплении участков леса в период с 15 апреля по 10 мая не выявили отрицательной реакции сосны, березы и осины. В.И. Рубцов, проведя исследования устойчивости к затоплению лиственных пород в парке Петродворца, установил, что при весеннем затоплении, длившемся до конца мая, деревья не гибнут. При продолжении затопления до половины июня отмечено отмирание дуба, ясеня, клена, липы, ильмовых. Поданным Союзгипролесхоза, древесные растения от наименее устойчивых к более устойчивым располагаются в следующий ряд: ель сибирская, пихта сибирская, сосна обыкновенная, ива остролистная, осина, береза пушистая, ольха серая, ива двуцветная, ива русская, ива трехтычинковая.

Осушение земель, достигаемое понижением почвенно-грунтовых вод, ликвидирует затопление, увеличивает аэрационную порозность почвы и запасы воздуха в ней. Однако осушение лесных земель предполагает освобождение от гравитационной воды только корнеобитаемой зоны почвы. Подтопление различных горизонтов почвы возможно и после осушения. Длительность подтопления корнеобитаемой зоны болот, осушенных каналами, проведенными через 130 м при глубине их около 1 м, приведена в табл. 10.

Известно, что наиболее высоко грунтовые воды располагаются весной, поэтому тюдтопление верхних горизонтов почвы отмечается прежде всего в мае. На верховом болоте подтопление верхнего 5сантиметрового слоя частично отмечалось и в сентябре. В остальные месяцы (июнь-август) грунтовые воды на верховом болоте располагались ниже глубины 10 см, на переходном - ниже 15-20 см.

Таблица 10 - Продолжительность подтопления зоны аэрации за май-сентябрь, сут.

Тип болота	Глубина от поверхности почвы, см
	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Переходное	9	21	32	42	60	75	86	108	121	133
Верховое	21	39	93	118	136	145	152	153	153	153

 

Слой почвы выше уровня грунтовых вод содержит почвенный воздух, состав которого (табл. 11) по сравнению с атмосферным воздухом характеризуется повышенным содержанием СО₂ при уменьшении концентрации кислорода.

Таблица 11 - Содержание СО₂ и О₂ в воздухе осушенного переходного торфяника

Газ	Maй		Июнь		Июль		Август		Среднее
	Глубина, см
	10	30	10	30	10	30	10	30	10	30
СО2	0,39	5,5	0,32	6,7	0,44	7,8	0,31	7,5	0,38	7,1
О2	20,28	6,5	20,32	4,5	20,21	7,2	20,16	6,1	20,24	6,3
СО2 + О2	20,67	12,0	20,64	11,2	20,65	15,0	20,47	13,6	20,62	13,4

 

Известно, что для нормального роста растений нежелательно повышение концентрации СО₂ в ризосфере корней свыше 2 %. Поскольку концентрация СО₂ в почве возрастает по мере ее прогревания и усиления микробиологических процессов, в мае его количество увеличивается при уменьшении О₂ (рис. 25).

При снижении уровней грунтовых вод летом происходит уменьшение влагозапасов почвы, ведущих к увеличению запасов воздуха и улучшению аэрации, поэтому концентрация С07 снижается. Приведенные данные показывают, что состав почвенного воздуха после осушения в слое почвы 0-10 см, где располагается основная масса корней, вполне благоприятен для роста растений.

Рис. 25. Изменение концентрации СО₂ и О₂ в воздухе осушенной торфяной почвы

 

5.2. Заболачивание суши и образование болот

Заболачивание суши и формирование избыточно увлажненных земель происходит в том случае, когда приходная часть водного баланса превышает расходную. Приходная часть баланса может быть разного типа.

Типы водного питания. Под типом водного питания понимается комплекс природных факторов, которые характеризуют условия поступления воды на участки суши, определяют химический состав воды и формируют водный режим объекта. При определении типа водного питания из большого разнообразия участвующих в формировании водного режима факторов можно выделить главный, определяющий увлажнение территории. По нему определяют следующие основные типы водного питания: атмосферный, грунтовый, грунтово-напорный, намывной, смешанный (рис. 26).

Атмосферный тип водного питания наблюдается на участках, расположенных на водоразделах и в верхних частях склонов. В таких условиях на слабоводопроницаемых грунтах при наличии понижений образуются заболоченные земли и формируются болота за счет атмосферных осадков. Грунтовые воды, как правило, не участвуют в заболачивании. Поскольку атмосферные осадки в своем составе содержат мало зольных питательных веществ, то на водоразделах можно ожидать образования бедных верховых болот (рис. 26, болото 1).

Грунтовый тип водного питания отмечается на пониженных элементах рельефа, в замкнутых понижениях и в условиях притока (подъема) фильтрационных вод из рек и водохранилищ. Заболачивание наблюдается в следующих случаях:

Рис. 26. Схема заболачивания при разных типах водного питания

а)    на пониженных элементах рельефа с малым уклоном на слабоводопроницаемых или песчаных и супесчаных почвах, подстилаемых водоупором, когда грунтовые воды, стекающие с верхних частей водосбора, создают избыток влаги в понижениях и нижних частях склонов; фильтрующиеся воды за счет вымывания минеральных веществ из пород, в которых они сформируются и перемещаются, обычно обогащены питательными веществами; на землях с таким водным питанием, как правило, образуются низинные или переходные болота (рис. 26, болото 2);

б)    в условиях замкнутых понижений, с хорошо водопроницаемыми грунтами, подстилаемыми водоупором, где вода, стекающая с водосбора и выпадающая непосредственно при атмосферных осадках, создает переувлажнение почв; в таких условиях идет интенсивное заболачивание с образованием преимущественно низинных и частично богатых переходных болот со значительной мощностью торфа. Наиболее крупные болотные массивы такого типа сформировались на послеледниковых зандровых полях Полесья и Мещерской низменности (рис.26, болото 3);

в)    при высоком положении уровней грунтовых вод в реках и водохранилищах за счет инфильтрации воды на прилегающих землях может происходить подъем грунтовых вод не только вблизи, но и на значительных удалениях от рек и водохранилищ. Это приводит к развитию процессов заболачивания вначале на пониженных элементах рельефа, а затем и на значительной или на всей территории в зоне подпора. Примером такого заболачивания является прогрессирующий процесс образования болот в зоне Рыбинского водохранилища; например, в Весьегонском лесхозе Тверской губернии встречаются болота, образовавшиеся в понижениях рельефа среди сосняков лишайниковых.

Грунтово-напорный тип водного питания обычно встречается в нижних частях склонов, часто в долинах рек, когда напорный водоносный горизонт, подводящий воду, располагается между слабоводопроницаемыми или водоупорными слоями. Уровень напорных вод может располагаться как в верхних почвенных горизонтах, так и выше поверхности земли. Например, по исследованиям П.П. Залитиса [8], заболачивание значительной части территории Латвии происходит за счет притока напорных вод с вышерасположенных по геодезическим отметкам районов Литвы и Беларуси. В условиях грунтово-напорного питания обычно образуются низинные болота.

Заболачивание при грунтово-напорном типе водного питания происходит в следующих случаях:

• в местах разгрузки грунтовых вод, когда они выходят (выклиниваются) на поверхность, образуя ряд озер, расположенных цепочкой, часто соединенных протоками, или ряд заболоченных участков;

• в местах подъема по капиллярам, без выхода на поверхность грунтовых вод; заболачивание в таких случаях усиливается выпадающими осадками.

Намывной тип водного питания вызывается регулярным поступлением на пониженные участки долин или пойменных террас рек аллювиальных или делювиальных вод. Заболачивание происходит в следующих случаях:

а) когда речные воды поступают в период весенних половодий или летне-осенних паводков вследствие подъема уровней рек (или озер), затопляя пониженные участки; в таких условиях образуются богатые низинные пойменные болота, обычно с небольшой мощностью торфа;

б) когда выпадающие осадки не успевают фильтроваться вглубь и стекают по склонам в виде делювиальных потоков (заболачивание делювиальными водами начинается с пониженных частей склонов); в таких условиях чаще образуются переходные, а иногда и верховые болота.

Смешанный тип водного питания наблюдается в случаях совместного действия нескольких из названных выше типов.

Заболачивание и образование болот может происходить в различных местах, где имеются понижение рельефа или участки пологих склонов, подпитываемых грунтовыми водами. Отмечается заболачивание речных пойм, мелководных водохранилищ. Заболачивание может проходить в несколько стадий и заканчиваться образованием болота или длительное время оставаться на определенных стадиях переувлажнения без накопления торфа и образования болот.

Заболачивание и болотообразование может наблюдаться в условиях всех типов водного питания. Болота могут образовываться как на суше, так и на месте озер путем их зарастания.

Заболоченные земли по продолжительности наличия избытка влаги подразделяются на временно или постоянно избыточно увлажненные.

Временно избыточно увлажненные земли испытывают переувлажнение, как правило, всегда весной после снеготаяния. Иногда избыток влаги отмечается и осенью. Летом ее избыток наблюдается крайне редко, обычно в многоводные годы. Поскольку на таких участках нет постоянного избытка влаги, то в таких условиях нет моховой растительности, нет достаточного опада и травяной растительности, не образуется торфяный горизонт, а, следовательно, не происходит и заболачивания.

Постоянно избыточно увлажненные земли - переувлажненные в течение всего года. Гигрофитная растительность здесь представлена в значительной степени различного вида сфагновыми мхами, кукушкиным льном по кочкам, осоками. При ее отмирании в условиях избытка влаги вследствие недостаточной аэрации разложение опада происходит медленно, и при этом формируется торфяный горизонт. По величине мощности торфа постоянно избыточно увлажненные земли подразделяются на заболоченные и болота. К заболоченным относятся участки суши с глубиной торфяного горизонта не более 0,3 м. Участки с глубиной торфа более 0,3 м относят к болотам. Болота в зависимости от характера (типа) водного питания относят к верховому или низинному типу. Если основная часть влаги на участок поступает в виде осадков, то в таких условиях формируются бедные верховые болота. Если влага поступает путем фильтрации через грунт, то формируются богатые низинные болота. Низинные болота с течением времени могут за счет нарастания торфа трансформироваться в переходные и верховые.

 

 

Виды заболачивания

Заболачивание лесов происходит при определенных условиях. Например, на тяжелых почвах в Лисино в нижних частях пологих склонов X.А. Писарьков отмечал заболачивание с понижением класса бонитета с I-II в верхней части склона до IV класса в нижней. Обычно в таких условиях процесс заболачивания, как правило, не приводит к образованию болота, если на заболачиваемой территории сохраняется древостой. При вырубке леса или лесном пожаре в таких условиях процесс заболачивания может вызвать образование болота.

Заболачивание может вызвать или способствовать ему подзолообразовательный процесс. По исследованиям А. А. Роде в Лисино, на тяжелых почвах, сформировавшихся на ленточных глинах в результате подзолообразования, происходит выщелачивание верхних горизонтов с выносом вниз мелких фракций. В образовавшемся подзолистом пористом влагоемком горизонте накапливается верховодка. Капиллярный расход влаги в крупных порах почв в связи с малым подъемом влаги к поверхности небольшой, невелик и грунтовый сток в подстилающих глинах. Вследствие устойчивого избытка влаги появляется влаголюбивая растительность, а в дальнейшем - и сфагновые мхи. Образуется оторфованный горизонт, и происходит заболачивание. По-видимому, таким путем образовалось болото Сулйнда в Лисинском учебно-опытном лесхозе. Может наблюдаться заболачивание лесов и при подъеме грунтовых вод вблизи крупных водохранилищ с песчаными почвами. При создании Рыбинского водохранилища, расположенного в значительной части на территории песчаных водно-ледниковых отложений, грунтовые воды в прилегающих лесах поднялись к поверхности, местами вышли на поверхность, что и привело к образованию болот.

Заболачивание лесосек (вырубок). Процесс заболачивания вырубок подробно изучен и изложен в монографии А.Л. Кащеева [12]. Известно, что древостой на кронах задерживает до 30-40 % осадков. В летние периоды, при осадках невысокой интенсивности, кроны могут задерживать большую часть атмосферной влаги. Величина зимних осадков (мощность снежного покрова) в лесу на 20-30 % меньше, чем на безлесных участках. Древостой, задерживая осадки, значительно больше, чем безлесные участки, расходует влагу на суммарное испарение за счет транспирации. Поэтому при вырубке древостоя увеличивается поступление влаги на поверхность почвы, а суммарное испарение уменьшается. Кроме того, при вывозке леса с лесосеки происходит разрушение напочвенного покрова и лесной подстилки, образуются углубления и понижения. Все это способствует увеличению и накоплению влаги в понижениях. Появляется гигрофитная растительность - осоки, кукушкин лен, сфагновые мхи. Начинается заболачивание вырубки. Однако обычно на вырубках с течением времени появляется вначале кустарниковая, а затем и древесная растительность, которая задерживает влагу на кронах и усиливает транспирацию. Происходит разболачивание лесосек. В большинстве случаев при небольшой ширине лесосек и соблюдении при рубке сроков примыкания болота на вырубках не образуются. При больших площадях рубок на концентрированных лесосеках (вырубках) возможно образование болот.