Эрозия грунтов. Способы борьбы с эрозией

 

Смыв, размыв почв, образование оврагов вследствие неурегулированного поверхностного стока талой, дождевой и ливневой водой называется водной эрозией почв.

Ежегодный почвенный смыв с полей и пастбищ СНГ составляет около 1800 млн.т. В результате этого почвы теряют около 5,4 млн.т азота, 1,8 млн. т фосфора, 36 млн. т калия и много других питательных элементов. Такого количества питательных веществ вполне достаточно для получения 180 млн. т зерна. Эродированные почвы характеризуются пониженным содержанием гумуса и, как следствие, не благоприятными вводно-воздушными и тепловыми свойствами, повышенным коэффициентом поверхностного стока, пониженной жизнедеятельностью микроорганизмов.

По происхождению различают природную и ирригационную эрозию. Природная эрозия происходит под действием атмосферных осадков, а ирригационная возникает вследствие деятельности человека.

По характеру воздействия воды на почву различают капельную, поверхностную, линейную и подземную эрозию.

Капельная эрозия – это процесс разрушения почвы от ударного действия капель дождя или ливня. Для предупреждения капельной эрозии необходимо применять почвозащитные севообороты с многолетними травами.

Поверхностная эрозия – процесс смыва верхних слоев грунта нерегулированным поверхностным стоком, вследствие чего образуются смытые почвы с укороченным профилем. Вода со склонов стекает струями, которые и вызывают смыв поверхностного слоя почвы. После вспашки или обработки почвы культиватором струйные размывы заравниваются, поэтому эрозия протекает сначала незаметно. В последующие периоды снеготаяния и ливневых дождей смыв почвы возобновляется, в результате пахотный слой постепенно сносится и его мощность уменьшается.

В зависимости от величины смытого слоя выделяют слабо-, средне- и сильносмытые почвы, а иногда – и очень сильно смытые почвы.

Для предупреждения плоскостной эрозии проводят агро-, лесо- и гидромелиоративные мероприятия.

Линейная или глубинная эрозия – процесс разрушения грунта более значительными потоками воды, которые углубляются в породы, залегающие под пахотным слоем. Образовавшиеся промоины глубиной 40…50 см не могут быть снивелированы обычной вспашкой. Если промоину своевременно не засыпать, она, как правило, со временем перерастет в овраг.

Борьба с эрозией на этой стадии заключается в засыпке промоин грунтом, засеве трав.

Развитый овраг имеет вершину, устье, конус выноса, дно, русло, откосы и бровки.

Подземная эрозия происходит непосредственно под крутыми вертикальными откосами оврагов, в местах, где грунты содержат легкорастворимые соли (гипс, карбонаты). Грунтовые воды растворяют соли, образуя пустоты. Грунт оседает, образуя на поверхности блюдца. При дальнейшем развитии подземной эрозии происходят обвалы грунта, образование отвершков оврагов.

По темпу появления эрозию почв разделяют на нормальную и ускоренную. Нормальная эрозия – когда снос почвы не превышает темпа почвообразования, а ускоренная – когда снос почвы превышает темп почвообразовательного процесса, в результате чего снижается почвенное плодородие. Нередко нормальную эрозию называют естественной или геологической, а ускоренную - антропогенной.

Проявлению ускоренной эрозии способствуют следующие природные условия:

- большие запасы воды в снеге перед снеготаянием и интенсивное снеготаяние на склонах с южной и западной экспозициями;

- большое количество осадков, выпадающих за один дождь в периоды, когда почва не покрыта растительностью;

- наличие длинных склонов большой крутизны (5…10⁰ и более);

- наличие слабопроницаемых бесструктурных почв или легких песчаных почв, подстилаемых на небольшой глубине грунтами с низкой водопроницаемостью;

- наличие подстилающих пород со слабой сопротивляемостью размыву (лессы, пески и др.);

- разреженный растительный покров, не способный полностью защитить почву от эрозии.

Однако природные условия создают лишь предпосылки для возникновения ускоренной эрозии, но непосредственной причиной ее явления является неправильная производственная деятельность человека, в процессе которой он не учитывает природных закономерностей явлений.

Для защиты почвы от эрозии применяются следующие противоэрозионные мероприятия: организационно-хозяйственные, агромелиоративные, лесомелиоративные и гидромелиоративные.

Организационно-хозяйственные мероприятия предусматривают создание условий для предотвращения и прекращения эрозионных процессов, рационального использования земель и повышения плодородия почв. Мероприятия этой группы включают:

1. Правильный выбор направления ведения сельского хозяйства и севооборотов; рациональное размещение почвозащитных севооборотов, участков под полезащитные, водорегулирующие и овражно-балочные насаждения на землях, где имеется опасность появления эрозии.

2. Рациональное размещение и строительство дорожной сети (дороги следует прокладывать по стокорассеивающим элементам рельефа; кюветы – засевать многолетними травами).

3. Правильную планировку территории поселков и окружающих его земель.

4. Размещение полей длинной стороной вдоль горизонталей местности.

Агромелиоративные противоэрозийные мероприятия представляют собой приемы противоэрозионной технологии возделывания культур на склонах. К ним относятся:

1. Фитомелиоративные агрономические приемы, которые предусматривают выращивание многолетних трав и однолетних культур для защиты почв от эрозии, восстановления ее плодородия.

2. Приемы противоэрозионной обработки почв (контурная обработка, глубокая вспашка, щелевание, кротование и др.), направленные на задержание и накопление влаги в почве.

3. Специальные приемы задержания снега и регулирования снеготаяния (расстановка щитов, валкование снега, полосная укатка снега и др.).

4. Внесение увеличенных доз органических, минеральных и микроудобрений, известкование кислых смытых почв и гипсование засоленных смытых почв.

Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия характеризуются водорегулирующей и кольматирующей ролью лесной подстилки, ветроломным действием, способствующим более равномерному распределению земных осадков и снеготаянию, снижению величины испарения с поверхности почв.

По мелиоративному воздействию их разделяют на следующие виды:

1. Ветрозащитные лесные полосы, закладываемые на равнинных участках рельефа и на пологих склонах по границам полей севооборотов.

2. Противоэрозионные лесные, кустарниковые и лесокустарниковые полосы, закладываемые поперек склонов вдоль границ севооборотов.

3. Приовражные лесные полосы.

4. Лесонасаждения и кустарниковые насаждения по откосам и днищам оврагов.

5. Облесение сильно размытых, а также очень крутых склонов, непригодных для сельскохозяйственного использования.

6. Водозащитные лесные и кустарниковые насаждения вокруг водоемов и по берегам рек, а также вдоль оросительных и сбросных каналов.

Гидромелиоративные противоэрозионные мероприятия предусматривают использование гидротехнических сооружений, предназначенных для регулирования поверхностного стока и закрепления овражно-балочных систем, а также производство работ, связанных с мелиорацией разрушенных эрозией земель и освоением крутых склонов (засыпка промоин и оврагов, выполаживание (сглаживание) откосов оврагов, планировка склонов, террасирование и др.).

В зависимости от назначения гидротехнические сооружения делятся на водозадерживающие, водонаправляющие, водосбросные и донные. Они создаются соответственно на водосборной площади, в вершинах балок, оврагов и по дну гидрографической сети.

Водозадерживающие сооружения регулируют поверхностный сток путем его задерживания и постепенного отвода или использования для увлажнения почвы. К ним относятся валы-террасы и водозадерживающие валы-канавы.

Горизонтальные валы-террасы сооружают на обрабатываемых склонах, в садах, на участках залужения при уклонах до 6⁰ на хорошо водопроницаемых почвах, преимущественно в зонах недостаточного и умеренного увлажнения. Высоту вала принимают 0,3…0,6 м, заложение верхового откоса – 1:8…1:10, а низового – 1:4…1:6. Это позволяет сельскохозяйственным машинам легко преодолевать вал при обработке почвы и уборке урожая (рис. 3.13).

Рис. 3.13 - Горизонтальные валы-террасы: 1 - вал; 2 - прудок

 

Это позволяет сельскохозяйственным машинам легко преодолевать вал при обработке почвы и уборке урожая.

Валы-террасы стоят по горизонталям местности по возможности с минимальным количеством изгибов и параллельно один к другому. Расстояние между ними устанавливают в результате гидрологических расчетов и принимают кратным захвату основных сельскохозяйственных орудий.

Наклонные валы-террасы создают в условиях избыточного увлажнения и при наличии тяжелых маловодопроницаемых почв для уменьшения скорости стекания поверхностных вод на склонах до 8⁰. Они представляют собой валы с широким основанием (3…6 м), формируемые путем сдвигания земли с одной или двух сторон. Высоту вала и глубину прудка принимают от 0,3 до 0,6 м. Выемку делают широкой, с малым уклоном.

Такие валы-террасы устраивают под некоторым углом к горизонталям с небольшим продольным уклоном (0,001…0,005), чтобы сбросить часть воды.

Валы-террасы строят при помощи плугов общего назначения (ПН-4-35, ПН-3-40 и др.), оборотных плугов (ПОН-3-40 и др.), исключающих холостые проходы, прицепных рейдеров (Д-20А) и автогрейдеров (Д-598А, Д-710А) или бульдозера. Наиболее широкое распространение при формировании валов получил комбинированный способ, сочетающий работу пахотного и грейдерного агрегатов.

Водозадерживающие валы строят, чтобы приостановить рост оврагов. Сооружение состоит из тела вала, корытообразной выемки-канавы, шпор, перемычек, водовыпусков и водообходов (рис. 3.14).

 

Рис. 3.14 - Размещение водозадерживающего вала-канавы у вершины оврага:

1 - овраг; 2 - приовражная лесополоса; 3 - переливная шпора; 4 - водообход; 5 - прудок; 6 - перемычка; 7 - водовыпуск; 8 - водозадерживающий вал-канава; 9 - глухая шпора; 10 - кювет (канава); 11 - концевой водосброс

 

Тело вала удерживает воду, которая собирается перед ним в прудке после дождя или таяния снега. Чтобы вода из прудка не обтекала вал, на его концах устраивают земляные дамбы–шпоры. Шпоры располагают в плане относительно вала под углом не менее 110…130⁰ против склона, чтобы их не подмывала вода со стороны сухого откоса. При большой длине вала прудок делят поперечными валами, так называемыми перемычками, которые располагают перпендикулярно валу с расстояниями между ними 80…150 м.

Вода, которая задерживается в прудке, фильтруется через его дно и боковые поверхности. При значительной глубине прудка и слабой проницаемости грунта для опорожнения прудка устраивают водовыпуски. Если прудок не в состоянии принять всю воду, то во избежание перелива через гребень вала и его разрушения в конце шпоры устраивают водообход шириной 1,5…3 м, который закрепляют посевом трав, дерном, хворостом и другими материалами. Размещают валы-канавы на приовражном участке по горизонталям местности выше растущей вершины оврага и на водосборной площади.

Водонаправляющие сооружения (водоотводящие валы-канавы, распылители стоков, ливнеотводы) направляют поверхностный сток к водозадерживающим или водосбросным сооружениям или рассредоточивают водный поток на мелкие ручейки. Они также отводят сток от действующих вершин и отвершков оврагов и от склонов.

Водоотводящие валы-канавы применяют для перехвата и отвода поверхностного стока от оврагов с большим количеством отвершков (рис. 3.15), а также выполаживании их.

Рис. 3.15 - Водоотводящие валы-канавы: 1 – водосбросное сооружение;

2 – водоотводящий вал-канава

 

Поперечный профиль вала принимают трапециидальной или треугольной формы с выемкой треугольного сечения. Сухой откос вала принимают равным 1…1,5, мокрый и нижний откос канавы – 1,5…2,0, верхний откос – 2…5.

Ширина вала по гребню 2,5 м. Целесообразно создавать их проходимыми для механизмов по типу широких валов-ложбин с пологими откосами 1:5…1:8, небольшой глубины – 0,5…0,6 м при ширине по дну 1…1,5 м. Отметки гребня вала проектируют не менее чем на 0,2 м выше расчетного уровня воды при расходах до 1 м³ на секунду и не менее 0,4…0,5 м при расходах 1…10 м³/с. Чтобы канава не заиливалась, гребню вала и дну выемки придается уклон, близкий допустимому на размыв для данных почв (0,005…0,003).

Земляные работы при строительстве валов выполняют бульдозером, грейдером и катком без ручных доработок. Водоотводящие канавы глубиной 50…60 см устраивают при помощи плантажного плуга.

Распылители стока устраивают для рассредоточения концентрированного водного потока в естественных ложбинах, разъемных бороздах, у опушек лесополос, по полевым дорогам, имеющим уклон 0,009 (0,5⁰) и более.

Они представляют собой земляные валики, перегораживающие ложбину под углом 45⁰ к направлению оси водотока, выводящие сток на прилегающий склон (рис. 3.16). Высота валиков – 0,3…0,5 м. Сечение валов-распылителей делается треугольной или трапециидальной формы с заложением откосов 1:1,5. Размещают распылители по ложбинам через каждые 50…100 м.

Рис. 3.16 - Схема расположения распылителей стока по ложбине

 

Ливнеотводы представляют собой каналы, дно и откосы которых закреплены. Они служат для быстрого отвода воды.

Водосбросные сооружения (быстротоки, ступенчатые и консольные перепады) служат для сброса на дно оврага воды, поступающей через вершинный перепад, и для гашения избыточной энергии в непосредственной близости от сооружения.

Донные сооружения по дну оврагов применяют для прекращения дальнейшего размыва и увеличения ширины русла, уменьшения скорости потоков, предотвращения подмыва сопрягающих вершинных сооружений, задержания твердого стока.

Применяют следующие типы донных сооружений: запруды, донные перепады и пороги, плотины. Тип запруд (плетневые, фашинные, деревянные, земляные, каменные или бетонные и т.п.) определяют исходя из наличия местных строительных материалов, расхода воды и инженерно-геологических условий местности.

Склоновые овраги глубиной до 5…6 м и длиной до 300…400 м с площадью водосбора не более 5 га целесообразно частично или полностью засыпать грунтом с сохранением растительного слоя на поверхности.

Комплекс противоэрозионных мероприятий в бассейнах балок необходимо завершить постройкой прудов, которые прекращают размывы в балке, с использованием для орошения аккумулированного в них местного стока.

Основными предпосылками развития водной эрозии на орошаемых и осушаемых землях являются: превышение допустимых, из условия размыва, скоростей движения воды в бороздах и на полосах при поверхностном поливе на больших уклонах; плохая планировка поверхности поливных участков; несоответствие качества дождя вводно-физическим свойствам почвы (крупные капли дождя разрушают структурные агрегаты почвы, уменьшая ее водопроницаемость; при интенсивности дождя, превышающей впитывающую способность почвы, появляется слой невпитавшейся воды, который приводит к поверхностной эрозии); проектирование и строительство открытой оросительной и осушительной сетей по направлению больших уклонов; отсутствие водосборно-сбросной сети или неудовлетворительная ее эксплуатация; большие фильтрационные потери и технические утечки воды из оросительной сети; неудовлетворительная эксплуатация оросительных и осушительных систем.