Водный режим грунтов мелиорируемых территорий. Причины неудовлетворительного водного режима грунтов

Мелиорация орошением имеет свои особенности. Необходимость в ней определяется недостатком воды в почве. При недостатке влаги в почве снижается интенсивность микробиологических процессов. Под влиянием орошения может меняться качество грунтов. Качество оросительной воды характеризуется следующими основными показателями: температурой; наличием взвешенных частиц; минерализацией. Понижается температура почвы, повышается ее теплоёмкость и теплопроводность. Низкая температура воды в источнике орошения может также оказывать негативное влияние на развитие растений. При обильном увлажнении (орошении) земель структура почвы разрушается, уменьшается пористость, ухудшается ее водообмен, при этом возможно повышение уровня грунтовых вод, что приводит к заболачиванию земель, а при минерализованных грунтах к их засолению. Высокая концентрация взвешенных веществ, таким образом, может оказывать отрицательное воздействие на водный режим грунтов. С другой сторон взвешенные вещества могут содержать ценные компоненты, питательные вещества, имеющие большую агрохимическую ценность. Минерализация оросительной воды в настоящее время считается безвредной для большинства растений в пределах 2-5 г/л, а для солеустойчивых растений 10-12 г/л. В качестве критерия пригодности воды для орошения Н.Н. Антиповым-Каратаевым и Г.А. Кадером применен показатель величины ионного обмена

К = , (1.2)

где К – коэффициент ионного обмена; r Ca r; Mg r; Na –эквивалентное содержание компонентов в воде; С – минерализация воды, г/л.

Воду считают не пригодной для орошения при К≤1 и пригодной К≥1.

При >4 возможно осолонцевание почвы за счет поглощения иона натрия. Особо опасно наличие в воде соды. Осолонцевание со временем делает их не пригодной к использованию.

Мелиорация осушением выполняется на избыточно увлажненных землях. Избыточно увлажненные земли, по А. Д. Брудастову, делят на три вида: минеральные избыточно увлажненные земли, боло­та и заболоченные земли. Минеральные избыточно увлажненные земли - это земли, большая часть твердой фазы которых представлена минеральным веществом - песчаными, глинистыми или пылеватыми частицами. Следует различать минеральные избыточно увлажненные земли временного или постоянного избыточного увлажнения, слабо-, средне- или хорошо водопроницаемые. В результате промывного режима и дерново-подзолистого процесса почвообразования в этих грунтах появился глеевый горизонт (на глубине примерно 50... 70 см) и выражена кислая реакция. На оглеенных слабоводопроницаемых прослоях, коэффициент фильтрации которых не превышает 0,01... 0,1 м/сут., во время весеннего снеготаяния и при выпадении интенсивных осадков обра­зуется верховодка, вызывающая временное переувлажнение почв. К временно избыточно увлажненным землям относятся также поймы рек, периодически затапливаемые весенними или летними паводковыми водами.

Замкнутые понижения в поймах рек, участки, увлажняемые напорными грунтовыми водами, а также подтопляемые земли в зонах водохранилищ и озер относятся к постоянно избыточно увлажненным землям.

Минеральные земли характеризуются такими водно-физическими свойствами: водопроницаемость, влагоёмкость, механический (гранулометрический) состав, плотность, пористость и др.

Основное отличие болот и заболоченных земель от других ви­дов земельных угодий - наличие на их поверхности слоя торфа. Торф - это органическая масса, образующаяся в результате отмирания и неполного разложения растительных остатков в анаэробных условиях.

Болото - часть земной поверхности, характеризующаяся обильным застойным или слабопроточным режимом увлажнения верхних горизонтов почвы, на которой произрастает типичная болотная растительность, идет процесс торфонакопления, причем мощность торфа составляет более 50 см.

Почвы со слоем торфа до 50 см называют заболоченными. Заболоченные почвы, в свою очередь, делят на торфянисто-подзолисто-глеевые (до 15 см торфа), торфянисто-глеевые (до 25 см) и торфяно-глеевые (торфа от 25 до 50 см).

Торфяники обладают высокой влагоемкостью - способностью поглощать большое количество воды (торф при этом набухает) и хорошо удерживать ее, что является одной из причин постоянного или длительного переувлажнения болот.

Неосушенный торф содержит по объему 88...97% воды, 2...10% сухого вещества и 1...7% газов. Для торфяников характерны повышенная водопроницаемость в горизонтальном направлении, наличие крупных пор и ходов в местах, где разло­жились стебли и корни. Коэффициент фильтрации торфа до осушения составляет в среднем 0,2...2,0 м/сут, в процессе осушения и уплотнения торфяной залежи он может уменьшаться в два-три раза и более.

В зависимости от местоположения, стадии развития, условий питания водой и зольными элементами болота делят на три типа: низинные, верховые и переходные (рис.1.1).

Заболоченность в северо-западных районах Украины составляет 19,4% общей площади района. Общая площадь переувлажненных земель Украины составляет 4,57 млн. га, из них торфяно-болотных 1,33 млн. га; 61% болотного фонда республики сосредоточен в полесских областях. Значительно переувлажнены минеральные земли западных областей Украины: Ивано-Франковской - 45%, Закарпатской - 40, Черновицкой - 22%.

 

 

Рис. 1.1 - Типы болот: а- низинные; 6 - верховые; 1 - поверхность болота на разных фазах развития; 2 - минеральнoe дно; 3 - река; 4 - уровень грунтовых вод

 

Типы водного питания, определяющие переувлажненность земель

(рис. 1.2):

1. Атмосферные осадки.

2. Грунтовые воды, подразделяемые на: а) безнапорные, поступающие на пониженные участки со стороны склонов; б) напорные, поступающие через «окна» (размывы) водопроницаемой толщи или под давлением просачивающиеся через слабопроницаемый слой (капиллярное подпитывание).

3. Намывные поверхностные воды, подразделяемые на: а) русловые, или аллювиальные, поступающие на поймы из рек во время разливов; б) склоновые, или делювиальные, поступающие с прилегающих водосборов в периоды снеготаяния и ливней.

4. Фильтрационные воды — просачиваются из водохранилищ, озер и рек при высоком положении уровней воды в них.

Характерная причина избыточного увлажнения пойменных водопроницаемых земель - близкое к поверхности земли залегание уровня грунтовых вод.

Положение уровня грунтовых вод на водопроницаемых грунтах - универсальный показатель водного режима, суммирующий все элементы водного баланса и учитывающий степень естественной дренированности территорий речной сетью.

 

 

Рис.1.2 - Типы водного питания: а — атмосферные осадки; б — грунтовые безнапорные воды; в — грунтовые напорные воды; г — намывные русловые воды;

д - намывные склоновые воды; 1 - водоносный пласт; 2 - водоупор; 3 - река; 4 - бытовой уровень воды; 5 - паводковый уровень воды

 

В любом междуречном пространстве осредненное положение уровня грунтовых вод для условий однородных грунтов и горизонтального водоупора можно определить по уравнениям Г. Н. Каменского, вытекающим из рассмотрения теории фильтрации воды при инфильтрационном питании (рис. 1.3):

 

 

 

 

Рис. 1.3 - Схема естественной дренированности и участков избыточного увлажнения в междуречье: 1- река (естественная дрена); 2 - поверхность земли; 3 - положение уровня грунтовых вод; 4 - участки избыточного увлажнения; 5 - водоупор

; (1.3)

, (1.4)

где у, -ординаты горизонта грунтовых вод соответственно на расстоянии х от реки и посередине между реками (при x=S) м; -уровень воды в реке над плоскостью водоупора, м; р - средняя интенсивность инфильтрации осадков в почвогрунты, м/сут; k - коэффициент фильтрации почвогрунтов, м/сут.

Анализ уравнений свидетельствует о том, что участки избыточного увлаж­нения и болота могут располагаться на любых элементах и формах рельефа - не только в поймах рек, но и на пологих склонах междуречий, на террасах и даже на водораздельных плато.

Избыточное увлажнение - явление гидрологическое, определяемое, с одной стороны, наличием источников водного питания, а с другой - условий, затрудняющих своевременный отвод избыточных вод. На переувлажнение грунтов влияют климатические условия, рельеф территории, геологическое строение и гидрогеологические условия местности, а также естественная дренированность территории. Условия переувлажнения земель создаются в первую очередь в зоне избыточного увлажнения, а за пределами этой зоны – в низменностях и поймах рек.

Основная причина избыточного увлажнения глинистых и оглеенных грунтов - периодическое застаивание на их поверхности и в пахотном горизонте атмосферных осадков и талых вод вследствие слабой водопроницаемости грунтов, замедленного поверхностного стока, наличия микро- и макропонижений.

Переувлажнение земель может быть вызвано и деятельностью человека (антропогенное заболачивание). Сооружение водохранилищ, чрезмерное расходование воды при поливах, потери воды на фильтрацию из каналов и другие факторы могут привести к повышению уровня грунтовых вод и переувлажнению территории. Устройство дорожных и других насыпей без водопропускных сооружений ухудшает условия стока ливневых и талых вод, что также способствует заболачиванию территорий.

На рис. 1.4 показан график зависимости влажности почвогрунтов зоны аэрации от глубины стояния уровня грунтовых вод, уравнение которой имеет следующий вид

(1.5)

Рис. 1.4 - График зависимости влажности почвы от глубины уровня

грунтовых вод

С учетом влияния осадков и испарения влажность верхнего слоя почвы можно определить по следующему уравнению А. М. Янголя

, (1.6)

где γ - средняя за вегетационный период влажность верхнего (0…40 см) слоя почвы, % полной влагоемкости; Н – средняя глубина стояния уровня грунтовых вод, м; E_C - суммарное испарение за вегетационный период, мм; N_C - суммарные осадки за вегетационный период, мм.

При наличии указанной связи между влажностью почвы и глубиной стояния грунтовых вод переходят от необходимой влажности почвогрунтов к требуемой глубине стояния уровня грунтовых вод или к норме осушения.