МИНСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
реклама
МИНСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
____________________________________________________________
А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В.Шабанов
Оценка воздействия осушения
на окружающую среду (ОВОС)
Учебно-методическое пособие
Москва 2007
МИНСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
Кафедра мелиорации и рекультивации земель
____________________________________________________________
А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов
Оценка воздействия осушения
на окружающую среду (ОВОС)
Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования
(направление «Природообустройство и водопользование»)
Рекомендовано Методической комиссией
Эколого-мелиоративного факультета
Москва 2007
1
ББК ______
Вн _______
УДК______
Учебно-методическое пособие для выполнения курсовых и дипломных
проектов «Оценка воздействия осушения на окружающую среду (ОВОС)». Составители Голованов А.И., Сухарев Ю.И.. Шабанов В.В. /М. : МГУП, 2007, с.
ХХХХ.
ISBN __________________
Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с программой
дисциплины «Мелиорация земель» для специальности «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» Цель пособия – оказать помощь обучающимся в составлении обязательного раздела «Оценка воздействия на окружающую среду».
Учебное пособие предназначено для студентов 4, 5 курсов и дипломников
эколого-мелиоративного факультета по специальности «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» и «Инженерная защита окружающей среды», а также для
других специальностей МГУП.
Рецензент д.т.н. Никитенков Б.Ф. (МГУП)
ISBN__________________________
© Московский государственный университет
природообустройства, 2007
© Авторы, 2007
2
Введение
Обеспокоенность человечества своим будущим возникла примерно в средине ХХ века после окончания второй мировой войны, бурного развития мировой экономики, потребовавшей колоссальных ресурсов и производящей горы
отходов. Наибольшее опасение у международного сообщества вызывают
«большие проекты», связанные с изменением природы, т.е. проекты существенного перераспределения природных ресурсов по территории, например, при
нефте- и газодобыче, межбассейновой переброске стока рек, широкомасштабной
мелиорации, при распашке земель и химизации сельского хозяйства. Естественной реакцией на эту угрозу было ограничение опасной для человека деятельности, установление экологического контроля над ней. Возникла необходимость в
формулировании экологической политики, под которой стали понимать заявление организации о своих намерениях и принципах, связанных с экологической
эффективностью ее деятельности. Для успешности управления качеством окружающей среды экологическую политику должны заявлять все органы управления, начиная от государства и кончая хозяйствующим субъектом и просто гражданином. Любая организация должна создавать, внедрять, поддерживать и
улучшать систему управления качеством окружающей среды. Вместе с тем она
должна удостовериться в справедливости своей экологической политики. Для
этого нужно продемонстрировать соответствие этой политики интересам других
организаций и граждан и добиться одобрения (сертификации или регистрации)
своей деятельности обществом, внешней организацией, например при экологической экспертизе проекта природообустройства.
Экологическая политика должна:
соответствовать характеру и масштабу деятельности организации, учитывать вид продукции или услуг и соответствовать воздействиям на окружающую
среду;
включать обязательства в отношении соответствия природоохранному законодательству и регламентам;
3
включать обязательства в отношении постоянного улучшения окружающей среды и предотвращать ее загрязнение;
предусматривать основу для установления целевых и плановых экологических показателей и их анализа (такие показатели, например, могут входить в
перечень требований к мелиоративному режиму);
документально оформляться, внедряться, поддерживаться руководством и
доводиться до сведения всех сотрудников, а также быть доступной для общественности.
Экологическая политика является двигателем в деле внедрения и совершенствования системы управления качеством окружающей среды на всех уровнях хозяйственной деятельности. Она должна отражать обязательства руководства соблюдать применяемые законы, выполнять плановые показатели качества
окружающей среды. Политика должна быть достаточно четкой, чтобы ее понимали внутренние и внешние участники хозяйственной деятельности. Она должна периодически совершенствоваться (анализироваться и пересматриваться).
Природообустройство непосредственно ориентировано на управление
окружающей средой, придание ей нового качества, обеспечивающего гармоничное сочетание суверенных интересов человека и природы. Экологическая политика природообустройства конкретно изложена в его принципах (см. учебник
«Природообустройство», 2007г). Принципы целостности, сбалансированности,
природных аналогий, необходимого разнообразия, адекватности воздействия,
гармонизации круговоротов, предсказуемости, эффективности и безопасности,
нравственности ориентируют природообустройство на постоянное улучшение
качества среды, экономное расходование всех ресурсов при его реализации, недопущение или компенсацию ущерба другим природопользователям и природе
как таковой.
Эти принципы должны реализовываться при обосновании методов и способов природообустройства на конкретных территориях, выполнении мелиоративных или рекультивационных режимов. Главным средством реализации экологической политики является надлежащее научное обоснование приемов обу4
стройства. Привлечение всех знаний, в том числе и накопленного человеком
опыта, детальное изучение обустраиваемых территорий, использование современных природо- и ресурсосберегающих технологий природообустройства, качественное проектирование, применение совершенных технологий строительства и последующее адекватное управление инженерными системами природообустройства могут обеспечить выполнение принятых обязательств.
К инструментам реализации экологической политики также относятся
оценка воздействия на окружающую среду (внутренняя экспертиза); независимая внешняя экспертиза, как государственная, так и общественная; мониторинг
систем природообустройства; экологический аудит, экологический контроль,
которые вместе составляют экологическую оценку.
Экологическую оценку надо проводить на всех этапах конкретной деятельности:
- при разработке нормативно-правовой базы: международных договоров, законов, постановлений, руководств, стандартов, норм, правил;
- при составлении прогнозов развития народного хозяйства страны в целом или
ее регионов, развития отдельных отраслей, национальных или региональных
программ;
- при технико-экономическом обосновании проектов (ТЭО); разработке технических проектов, регламентов функционирования предприятий, при их ликвидации.
1. Общие положения оценки воздействия на окружающую среду
Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) является составной
частью экологической оценки и ее обязаны осуществлять авторы любого проекта. Она должна содержать достоверные количественные оценки планируемой
деятельности на окружающую среду при разработке всех альтернативных вариантов предпроектной, в том числе прединвестиционной, и проектной документации, обосновывающей планируемую хозяйственную и иную деятельность, с
участием общественных объединений. Процедуры ОВОС регламентированы
5
Федеральным законом «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г., «Положением об оценке воздействия намечаемой и иной деятельности на окружающую среду в Российской Федерации» (2000 г.)
Различают стратегическую оценку воздействия на окружающую среду
(СОВОС), собственно ОВОС и заявление о воздействии на окружающую среду
(ЗВОС).
Методики выполнения стратегической оценки и заявление о воздействии
на окружающую среду изложены в соответствующих руководствах и учебниках
(например, «Природообустройство», 2007).
В настоящее время оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)
сформировалась как интегрированный системный процесс. ОВОС, как правило,
используется для выявления отрицательного воздействия планируемого проекта
на окружающую среду до его одобрения и реализации, а также для планирования
соответствующих мер по сокращению или предотвращению такого воздействия.
По своим функциям и особенностям ОВОС – инструмент превентивного
характера, а не метод решения уже возникшей проблемы. Поэтому ОВОС – это
процесс, который гарантирует, что все экологические последствия от реализации
хозяйственной деятельности приняты во внимание перед тем, как решение реализовано.
Задачами ОВОС являются:
выявление, анализ, оценка и учет в проектных решениях предполагаемых
воздействий намечаемой хозяйственной деятельности; изменений в окружающей среде, как результатов этих воздействий; последствий для общества и экосистеме, к которым приведут изменения в окружающей среде;
выявление, анализ и сравнение всех реальных и разумных альтернатив
(включая полный отказ от деятельности) на основе социально- экономических
и экологических оценок каждой из них;
формализация, в рамках которой заказчик представляет результаты проведенных процедур ОВОС в процессе разработки проектного замысла на различных стадиях проектирования.
6
Процедура ОВОС дает возможность провести анализ возможных воздействий на окружающую среду и документировать их в виде отчета, после этого
провести общественные слушания по рассмотрению отчета, принять во внимание все комментарии граждан, представить отчет с окончательным решением и,
наконец, информировать общественность об этом решении.
Главные цели ОВОСа проектов природообустройства, в том числе и мелиорации земель, следующие:
оценить направление и глубину изменений в окружающей среде при осуществлении проекта;
оценить возможные изменения в природных и антропогенных экосистемах;
определить пути минимизации негативного влияния на окружающую среду и биоту;
предложить альтернативы с различными экологическими последствиями;
предотвратить ухудшение среды обитания, реализуя возможные альтернативные решения и принимая меры по уменьшению негативного влияния;
оценить риски как вероятность проявления незапланированных последствий природообустройства в экстремальных условиях: в годы с обеспеченностью по водности, отличной от расчетной; при возможном изменении местного
климата, базиса эрозии (подтопление водоприемников дренажных вод) и т.п.;
рассмотреть сценарии антропогенных катастроф или разрушений и способов ликвидации их последствий (поломки на насосных станциях, нарушение
энергоснабжения, прорыв дамб, разрушение противофильтрационных одежд,
выход из строя очистных сооружений и др.);
ознакомить лиц, принимающих решения, с возможными последствиями
осуществления намечаемого проекта, способствовать сотрудничеству между заинтересованными сторонами;
сообщить общественности об эффективности проекта и возможных экологические последствиях; стимулировать дальнейшее участие общественности в
процессе принятия решений, связанных с реализацией проекта.
7
В проектах мелиорации, рекультивации земель, обустройства водных объектов, обводнения территорий и водоотведения, природоохранного обустройства территорий конкретно надлежит:
оценить естественный и измененный радиационный и тепловой балансы
обустраиваемых и окружающих их природных объектов, например, изменение
альбедо, поглощенной радиации, затраты тепла на испарение, изменение температурного режима почв и грунтов, в том числе под влиянием тепловых и водных
мелиораций, изменения характера использования земель (распашки, залужения,
залесения);
исследовать естественный водный режим и водный баланс природных
объектов и их составляющих (поверхностных, почвенных, подземных вод), вертикальный и латеральный (боковой) водообмен между сопряженными геосистемами, водосборами в совокупности сухих и влажных лет;
по результатам многолетних прогнозов количественно оценить все возможные изменения водного режима и баланса под действием инженерных систем природообустройства и мероприятий не только в средние, но и в экстремальные по влагообеспеченности годы (примеры такого анализа приведены в
учебнике «Природообустройство», 2007 г.). Особое природоохранное значение
имеют оценка вертикального водообмена, формирующего почвообразовательные процессы (промывной, испарительный), взаимодействие с подземными безнапорными и напорными водами, влияние на водный режим и баланс сопредельных территорий и водных объектов (влияние оросительных и осушительных
мелиораций, противоэрозионных, агролесомелиоративных мероприятий на прилегающие земли и на речной сток); надлежит оценить влияние систем водоснабжения, обводнения и водоотведения на водный баланс рек и водоносных горизонтов; оценить водохозяйственные балансы при развитии регионов и способы ликвидации дефицита водных ресурсов;
количественно исследовать природные процессы геохимического круговорота веществ, особенно загрязняющих, засоляющих; природные и антропоген-
8
ные источники загрязнения; на основании долгосрочных прогнозов выявить
тенденции в природной структуре баланса веществ;
оценить эффективность приемов управления геохимическими потоками на
длительную перспективу, выявить периоды релаксации и время наступления нового равновесного или квазистационарного состояния; дать оценку эффективности, экологической допустимости, безопасности этих приемов; влияние этих
приемов на прилегающие земли, водные объекты и их экосистемы, на качество
поверхностных и подземных вод, флору и фауну, население;
обратить особое внимание на существующее состояние почвенного покрова, природные и антропогенные процессы деградации почв, снижение их плодородия, выполнение почвой стокообразующих и природоохранных функций;
на основании долгосрочных прогнозов выявить изменения в почвообразовательных процессах, состава и свойств почв, баланса элементов питания, гумуса, его сработки и восстановления запасов;
оценить изменения экологической инфраструктуры и биоразнообразия
территорий, их экологической устойчивости, самоочищения, биопродуктивности;
оценить технологии рекультивации нарушенных земель с позиций дальнейшего их использования, технологии хранения отходов, очитки и утилизации
сточных вод;
исследовать влияние природообустроительной деятельности на местный
климат – оазисный эффект при орошении или осушении больших территорий,
влияние крупных водохранилищ на температуру, влажность воздуха, ветровой
режим прилегающих земель; загрязнение воздушной среды (пыльные бури, пожары на торфяниках и т.п.).
Оценивая влияние природообустройства на окружающую среду, надо
помнить о существенной неоднородности природных объектов в пространстве,
изменчивости свойств компонентов природы во времени, существенной вариации погодных условий, нелинейности природных процессов, делающих недо-
9
стоверной экстраполяцию балансовых соотношений на длительные отрезки времени.
Методы ОВОС: обобщение опыта природообустройства (метод аналогии);
матричный метод путем заполнения таблиц «виды воздействий – компоненты
природы», «виды деятельности – изменения компонентов природы» и т.п.; сопряженный анализа карт состояния природных объектов до и после природообустройства; метод потоковых диаграмм и схем, например, схемы водохозяйственных балансов до и после обустройства водных объектов; имитационное
(математическое) моделирование функционирования природных и измененных
геосистем, успешность этого метода зависит от полноты списка моделируемых
процессов, их внутренней взаимосвязи, а также от глубины изученности природных процессов и наличия достоверной информации о свойствах природных
тел; метод экспертной оценки, проявляющийся в заполнении матриц типа «воздействие – последствия», построении качественных шкал оценок воздействия.
ОВОС базируется на следующих принципах:
1. Обязательность
2. Превентивность
3. Вариантность
4. Комплексность
5. Гласность
6. Ответственность
Порядок проведения ОВОС в реальных проектах изложен в соответствующих указаниях.
В учебных курсовых и дипломных проектах нужно иметь специальный
раздел, в который не стоит переписывать общие положения об ОВОС’е, а кратко
изложить результаты собственной оценки конкретных проектных решений.
Оценка воздействия проекта на окружающую среду должна базироваться
на детальных сведениях о природных условиях объекта, которые обычно излагаются в начале пояснительной записки, так как являются базой для принятия
10
инженерных и организационных решений и повторять их в разделе «ОВОС» не
стоит, они должны быть использованы при этой оценке.
Основными объектами воздействия являются:
– воздух, вода, почва, флора, фауна, местный климат, речной сток, ландшафт в
целом, включая его общий вид и эстетическую ценность, исторические памятники, другие материальные объекты;
– население, попадающее в зону воздействия (помимо санитарно-защитной зоны предприятия) и
персонал предприятия (включая рабочую и санитарно-
защитную зоны);
– социально-экономические условия жизнедеятельности населения.
Конкретно выбор объектов воздействий зависит от свойств мелиорируемых земель, природных условий и может быть оговорен при консультации преподавателем, но в любом случае должны быть оценены изменение направленности почвообразовательных процессов, изменение уровней грунтовых вод, влияние мелиораций на количество и качество речного стока, продуктивность биоты.
В разделе «ОВОС» должны быть выбраны виды воздействий, т.е. привнос
в окружающую среду или изъятие из нее отдельных компонентов. Например,
привнос или отвод нехарактерных для этой территории больших количеств воды, нарушающих водный баланс территории, химических веществ, радиоактивных веществ и излучений, шума и вибраций, тепла, электромагнитных излучений, визуальных доминант и т.д.
Применительно к мелиорациям земель, особенно к водным, как наиболее
распространенным, в учебных проектах надо обязательно оценить изменение:
– влагозапасов в почве и ее промываемости;
– глубин грунтовых вод;
– количества и качества поверхностного и дренажного стока;
– речного стока.
При новой хозяйственной деятельности нужно оценить допустимость:
– трансформации земельных угодий (перевод леса в пашню и т.п.);
– изъятия части речного стока;
11
– элементов флоры и фауны;
– полезных ископаемых (допустимость и целесообразность добычи торфа на
топливо или на удобрение);
– нарушения местообитаний популяций ценных видов растительного и животного мира (мест воспроизводства, миграции и т.д.),
– нарушения культурных, исторических и природных памятников, элементов,
определяющих характерный облик ландшафта.
В разделе «ОВОС» должны содержаться результаты прогноза изменений
окружающей среды, дополняющие ранее выполненные расчеты осушающего
действия каналов и дренажей и т.п.
В нем обязательно должны быть намечены предложения и мероприятия
направленные на предотвращения или смягчения выявленных возможных неблагоприятных воздействий.
2. Влияние осушения на окружающую среду
Рассмотрим методические подходы к изучению этой проблемы. Кажется,
все просто: надо организовать наблюдения до осушения и после. Большинство
авторов, исследовавших данную проблему, опираются на полевые наблюдения,
как правило, небольшой продолжительности, встречая неразрешимую трудность
сопоставления данных. В идеале надо провести долговременные наблюдения за
водным режимом неосушенного болота и прилегающих земель для учета его годовой изменчивости. Затем осушить болото и опять организовать многолетние
наблюдения изменившегося водного режима, как на болоте, так и на прилегающих землях. Из-за сильной изменчивости погодных условий для получения статистически значимых результатов ряды наблюдений должны быть не менее
10…15 лет, т. е. длительность обоих периодов наблюдений должна быть порядка
20…30 лет.
Естественно, что такие длительные наблюдения организовать трудно, поэтому предлагают устанавливать корреляционные связи между глубинами грунтовых вод и климатическим дефицитом увлажнения, как разности между осад12
ками и испарением. Однако, ситуация усложняется разнообразием строения
прилегающих земель, сильной изменчивостью погодных условий в разные годы.
Предлагается находить корреляционную связь между суммами глубин
грунтовых вод по двум скважинам, одна из которых расположена заведомо вне
зоны влияния осушительной системы. Влияние осушения должно проявляться в
изменении линейной связи. Отметим, что и этот способ весьма условен и дает
некоторую качественную картину, как и сравнение интегральных кривых изменения глубин грунтовых вод с естественным режимом. Надо иметь в виду, что и
для нахождения корреляционных связей нужны продолжительные ряды наблюдений.
Часто кривую спада уровней грунтовых вод под влиянием осушения на
прилегающих землях рассчитывают по формуле С.Ф. Аверьянова:
x
H H 0 erfc
,
2 at
(1)
где ΔH – снижение уровня грунтовых вод в точке x, м; ΔH0 – то же на границе
осушительной системы, м; а = KT/μ – коэффициент уровнепроводности грунтов,
м2/сут; t – время с начала осушения, сут.
Однако эта формула весьма приближенная. Действительно, при больших
временах из формулы (Х.1) следует, что на любом бесконечно большом расстоянии снижение уровня грунтовых вод будет равно ΔH0, т.к. специальная функция erfc(z)=1 при z→0, что противоречит реальной ситуации. Эта формула не
учитывает изменения по длине потока инфильтрационного питания или расходования грунтовых вод на испарение, их изменения в результате осушения.
В настоящее время предлагается комплексное изучение проблемы с охватом всех компонентов, из которых состоят прилегающие земли. Иными словами,
продуктивным является физико-географический или ландшафтный подход, когда природные объекты рассматриваются в их генетической связи, природные
процессы рассматриваются в единстве круговоротов веществ (см. Учебник
«Ландшафтоведение», А.И. Голованов и др). Для изучения проблем функционирования водосборных территорий целесообразно рассмотрение цепочки сопряженных фаций, образующих гидрогеохимическую катену по М.А. Глазовской, и
13
состоящую из элювиальной фации высокорасположенных водораздельных пространств, трансэлювиальных фаций верхней трети склонов, супераквальных фаций понижений, т.е. оснований склонов и низинных торфяных болот.
Наиболее мощным и эффективным инструментом для решения рассматриваемой проблемы является имитационное математическое моделирование, позволяющее быстро рассмотреть различные варианты природных условий и параметров осушительной системы. Конечно, натурные наблюдения являются основой для построения моделей, их проверки и «настройки» применительно к рассматриваемым географическим условиям, опираясь на них можно делать более
или менее достоверные выводы в зависимости от совершенства моделей, полноты учета в них природных особенностей. В заключительной главе 7 приводится
краткое описание программы «Катена».
Сущность осушения заключается в удалении избыточной влаги с поверхности земли, из почв и грунтов или ограждение от избыточного притока влаги на
территорию. Осушают не только сельскохозяйственные земли, но и земли лесного фона, земли поселений, промышленные площадки, земли рекреаций (стадионы, поля для гольфа и т.п.), полотно дорог, аэродромов. Вместе с тем, осушение сельскохозяйственных земель или земель для такого использования, особенно в виде больших массивов, наиболее существенно сказывается на состоянии окружающей среды, учитывая масштабы этих мелиораций. Площадь осушаемых земель в мире достигает 200 млн. га, в России – около 5 млн. га, нуждаются в осушении 157 млн. га при площади сельскохозяйственных земель 667 млн.
га.
Отвод избыточной влаги сказывается на условиях жизни растений, на состоянии поверхности земли, несущей способности грунтов, как оснований сооружений и при работе машин и механизмов. Вместе с тем отвод избыточной
влаги из почвы сам по себе не так важен, при высокой влажности почвы вода
становится более доступной для растений и для ее потребления корнями растениям надо совершать меньшую работу, тем самым увеличивается их продуктивность. Избыточная влага вредна для растений из-за уменьшения количества и
14
ухудшения состава почвенного воздуха, количество которого обратно пропорционально влажности. В принципе можно даже не осушать почву, а принудительно ее аэрировать, но это сложно и неудобно делать на обширных полях, в
теплицах это возможно. Указанные соображения важны при назначении оптимальной влажности переувлажненных почв для определенных растений, она
должна быть оптимально высокой. При увлажнении иссушенных почв (при
орошении) подход противоположный: влажность должна быть оптимально низкой.
Это имеет очень важное экологическое значение: минимизируются требования к интенсивности осушения, а следовательно, вмешательство в природу,
что и экономически выгодно из-за уменьшения затрат на мелиорацию. При искусственном орошении при уменьшении порога оптимальной влажности сокращается ненужная промываемость почв, вымыв питательных веществ, сокращаются оросительные нормы и тоже достигается положительный экологический и
экономический эффект.
Цель осушения сельскохозяйственных земель – повышение их плодородия,
получение оптимально высокого урожая при непременном ограничении – недопущении ущерба окружающей среде или компенсации этого ущерба.
Для достижения этой цели сформулировано понятие «мелиоративный режим» - совокупность требований к управляемым факторам почвообразования,
роста растений и воздействия на окружающую среду, которые должна обеспечить система мелиоративных мероприятий для достижения поставленной цели.
Применительно к осушительным мелиорациям сельскохозяйственных земель набор показателей следующий:
– допустимые пределы регулирования влажности корнеобитаемого слоя почвы;
– требуемое направление и величина влагообмена между корнеобитаемым слоем
почвы и подстилающим его слоем или грунтовыми водами;
– требуемые периоды и сроки затопления поверхности земли; пределы глубин
грунтовых вод;
15
– допустимое содержание токсичных солей в почвенном растворе, состав и количество поглощенных оснований, pH почвенного раствора;
– допустимые количество и качество дренажных вод, сбрасываемых в поверхностные водотоки или водоемы;
– требуемая динамика запасов гумуса и питательных веществ в почве.
Надо обратить внимание на то, что все перечисленные требования несут
четкую экологическую нагрузку, поэтому учет этих требований при проектировании осушительных мелиораций обязателен, а степень их выполнения должна
быть оценена в разделе «ОВОС».
Осушительные мелиорации оказывают многогранное и неоднозначное
влияние на осушаемые земли и прилегающие природные объекты, их использование в народном хозяйстве. Эта проблема давно волнует мелиораторов. В разные годы по мере развития осушительных работ и накопления опыта высказывались порой диаметрально противоположные мнения: от негативного эффекта
до позитивного влияния осушения на прилегающие земли, на речной сток. Исследования последних лет показывают, что осушение в целом благоприятно сказывается на улучшении плодородия и биологической продуктивности земель,
доказана благоприятная тенденция в изменении речного стока, особенно в его
качественном составе – уменьшении стока половодья и увеличении меженних
расходов. Влияние осушения на прилегающие земли двояко: подсушка земель
вблизи осушительных систем несколько меняет ценозы, уменьшает их разнообразие, но может привести к росту их продуктивности, изменяется характер почвообразования.
Понижение уровней грунтовых вод на прилегающих землях вызывает неудобства для хозяйственной деятельности: понижение уровней воды в колодцах
питьевого водоснабжения, в прудах-копанях, снижение дебита водозаборных
скважин, усиление ветровой эрозии и опасности пожаров в лесах, осушение
оголовков свай в основании сооружений, снижающее их прочность из-за ускорения гниения.
16
Меняется гидрологический режим территории в целом: увеличивается
приток грунтовых вод к осушаемым землям, несколько растет речной сток,
уменьшается капиллярное подпитывание корнеобитаемой зоны. Следует отметить, что при обычной глубине осушительной сети не более 1…1,2 м и строго
нормированном осушении понижение уровня грунтовых вод на прилегающих
землях за исключением ближайшей узкой полосы невелико.
На самих осушаемых землях (болотах и заболоченных землях) принципиально изменяется водный режим. В результате осушения он, прежде всего, становится гораздо стабильней, почти полностью исключаются периоды полного
насыщения пор влагой. Даже в самые влажные годы (с повторяемостью 1 раз в
сто лет и реже) при нормально работающей осушительной сети может наступить
некоторое временное переувлажнение, но болотный процесс уже не возвращается. На осушенных землях устраняется характерный болотный или глеевый процессы
почвообразования,
формируются
особые
осушенные
торфяно-
перегнойные почвы. В таблице 1 приведен пример изменения показателей водного режима низинных болот в результате осушения.
1. Среднемноголетние показатели водного режима на неосушенном и осушенном низинном болоте (Мещерская низменность)
На неосушенном
На осушенном
Показатели водного режима
болоте
болоте
Весеннее увлажнение, мм
89
111
Атмосферные осадки летом, мм
317
317
Суммарное испарение, мм
382
353
Поверхностный сток летом, мм
36
0
Годовой приток
21
100
Годовой дренажный сток. мм
0
173
Накопление запасов и невязка, мм
–9
–2
Промываемость почвы, мм
–19
76
Средняя глубина ГВ, м
0,66
1,21
Средний годовой минимум ГГВ, м
0,33
0,97
Среднемноголетняя
относительная
0,47
0,98
продуктивность трав
На неосушенном болоте из-за малых глубин грунтовых вод не все атмосферные осадки могут впитаться в толщу торфа, помимо весеннего стока образуется поверхностный сток в летнее время. Суммарное испарение с неосушенно17
го болота больше, чем с осушенного из-за большего увлажнения. По той же
причине на неосушенном болоте наблюдается капиллярное подпитывание верхних слоев торфяной толщи со стороны грунтовых вод. В результате осушения и
понижения уровня грунтовых вод оно заменяется промывкой почвенного слоя.
Осушение болота провоцирует значительный приток подземных вод с окружающих возвышенностей.
В условиях Мещерской низменности имеет место дефицит атмосферного
увлажнения в теплый период, определенный как разность между испаряемостью
и осадками, в среднем он равен 89 мм, в засушливые годы 10 % обеспеченности
он достигает 223 мм, максимальный за 42 года доходит до 406 мм; во влажный
год 90% обеспеченности дефицита увлажнения нет, осадки превышают испаряемость на 80 мм. Этот дефицит объясняет то, что на неосушенном болоте грунтовые воды в среднем залегают на глубине 0,6…0,7 м, но весной и в дождливые
периоды они залегают вблизи поверхности земли. После осушения глубина
грунтовых вод примерно равна норме осушения (около 1 м), опасного подъема
уровня грунтовых вод не наблюдается.
На неосушенном болоте травосмеси, дающие корма высокого качества,
имеют низкую продуктивность из-за переувлажнения – примерно 50 % максимальной, при осушении продуктивность приближается к максимальной. Нормированное осушение не вызывает недопустимого иссушения почв в засушливые
периоды. Это делает ненужным искусственное их увлажнение, что упрощает
проект и снижает затраты.
На осушенных землях нужно применять особую систему земледелия (обработку, удобрения, сорта) создавая условия для выращивания приспособленных к свойствам осушенных земель высокопродуктивных культурных растений.
Это имеет не только потребительское (экономическое) но и экологическое значение, так как плодородные почвы лучше выполняют свою природоохранную
роль как биогеохимические барьеры, увеличивают устойчивость агроландшафтов.
18
При осушении земель в почвах и грунтах происходят существенные изменения в их составе и свойствах: уплотнение, биохимическое разложение, механическая и химическая суффозия и другие. Особенно большие изменения происходят в торфах. Вследствие удаления воды из торфа происходит уменьшение
его объема, называемое усадкой торфа, в результате чего понижается поверхность земли. Само понижение поверхности земли называют осадкой, которая
происходит очень неравномерно по площади и во времени, зависит от мощности, вида, свойств торфа, величины снижения уровня грунтовых вод и может
составлять довольно большие величины: для плотного торфа 12...15 %, для рыхлого 25...40 % от его первоначальной мощности.
При сельскохозяйственном использовании в результате осушения, обработки почвы, ускоренного аэробного биологического и химического разложения
и выноса питательных веществ с урожаем происходит сработка торфа. Она зависит от характера сельскохозяйственного использования земель, максимальна
под пропашными культурами, минимальна под травами. При длительном сельскохозяйственном использовании торфяников их толща может сработаться до
минерального дна.
Так, по данным Минской болотной станции на одном гектаре пашни под
зерновыми ежегодно разрушается (минерализуется) 6…7 т сухого органического вещества, под пропашными – свыше 10 т, а под травами только 3 т. В Украинском Полесье (лесостепная зона с более теплым, чем в Белоруссии, климатом)
минерализация торфа идет более интенсивно и достигает 13…15 т/га под пропашными культурами и 6…7 т/га под травами.
В проекте необходимо предусмотреть специальные мероприятия по сохранению торфа (севообороты с заметной, около половины, долей многолетних
трав, и с соответствующим сокращением площади под пропашными культурами, внесение органических удобрений, разумную минимизацию осушения).
Эти же мероприятия снижают опасность пожаров на торфяниках, представляющих большую опасность для людей и животных. Возникновению пожаров способствует иссушение и распыление незащищенной растительностью по19
верхности, т. е. при выращивании пропашных культур. По мере своего развития
пожар распространяется в глубину, торфяник почти полностью выгорает, несмотря на высокую его влажность. Погасить пожар трудно, нужно изолировать
горящий массив каналами, доходящими до минерального дна. Гашению пожара
способствует шлюзование каналов осушительной сети, т.е. регулируемый подпор уровней воды в них. При пожаре наблюдается сильное задымление больших
территорий.
Переосушенный незащищенный торфяник легко развевается ветром (ветровая эрозия) и размывается при сильных дождях (водная эрозия).
Таким образом, надлежащая система земледелия на осушенных торфяниках имеет важное экологическое значение.
Ненужное ускоренное разложение торфа – это не только потеря ценнейшей органики, но и дополнительное загрязнение рек из-за повышенного вымыва
азотных соединений, фосфора, калия, кальция, магния, микроэлементов. В среднем с дренажными водами с одного гектара выносится за год около 50 кг азота,
60 кг кальция.
С целинных водосборов в водные объекты поступает незначительное количество биогенов: фосфора около 0,03…0,09 кг/км2 в год, азота общего (в форме органических соединений и в ионной форме: аммония NH4, нитратов NO3,
нитритов NO2) – 0,8…1,8 кг/км2 в год. С сельскохозяйственных земель вынос
существенно увеличивается.
Биогены в водные объекты поступают с поверхностным стоком, в растворенном и нерастворенном виде (трудно растворимые соединения фосфора и калия, сорбированный почвенными частицами катион аммоний) – примерно 60 %
общего выноса и с дренажным стоком, когда биогены вымываются из почвы и
поступают в грунтовые воды – 40 % выноса.
На дерново-подзолистых и серых лесных почвах (в лесной и лесостепной
зонах) в год с 1 га вымывается азота в форме NO3 – 10…30 кг; фосфора в форме
P2O5 – 0,4…1,0; калия – 10…20; кальция – 140-180 кг; последний играет существенную роль в образовании структуры почвы, регулирует ее кислотность. Со20
кратить этот вымыв можно агротехническими мерами: многократным внесением
удобрений малыми дозами в период их наибольшего потребления, применением
слаборастворимых соединений, сорбируемых почвой катионов. При промежуточных и пожнивных посевах вымыв биогенов уменьшается.
Вынос биогенов с поверхностным стоком сильно зависит от распашки и
способа внесения удобрений, так их концентрация в воде в мг/л при внесении 1
кг/га действующего вещества удобрений составляет (Агроэкология, 2000):
Способ внесения удобрений
Осенью под вспашку
Осенью поверхностно
Осенью на мерзлую почву
Весной по талому снегу
Азота
0,010
0,085
0,216
0,866
Фосфора
0,0013
0,0310
0,0510
0,5940
Много фосфора смывается при водной эрозии почв, в среднем с каждой
тонной смытой почвы выносится 1кг. Концентрация соединений азота и фосфора в водах ливневого стока приведена в таблице 2.
2. Концентрация NH4 и P2O5 в водах ливневого стока, мг/л (Агроэкология, 2000)
Доза удобрений,
Пропашные Озимые зерновые
Многолетние травы
кг д.в./га
культуры
Азот
Фосфор
NH4 P2O5
NH4
P2O5
NH4
P2O5
40…60
40…60
60…80
60…80
80…100
80…100
100…150 100…150
150…200 150…200
Примечание. В скобках
удобрений.
2,8
0,4
1,9(5,4) 0,3(5,4)
(3,8)
(1,0)
3,9
0,5
2,2
0,4
(4,5)
(1,4)
4,2
0,7
3,1
0,6
(5,0)
(1,8)
5,8
0,9
3,8
0,8
(5,2)
(2,5)
5,2
1,2
4,6
1,0
(7,4)
(3,2)
приведены концентрации при поверхностном внесении
В проекте надо обязательно оценить вынос этих веществ в реки, пользуясь
приведенными удельными показателями вымыва (см. выше) и зная слой стока
весеннего половодья, величину поверхностного стока летом, слой дренажного
стока (табл. 1 и 4). В проекте необходимо наметить конкретные мероприятия по
его снижению (биоплато в устье магистрального канала, отстойники, фильтрующие перемычки с сорбентами для удержания пестицидов, тяжелых металлов,
радионуклидов, нефтепродуктов). Имеет большое значение регулирование
местного стока с возвышенностей (вспашка поперек склона, посев трав, защит-
21
ные лесонасаждения, строительство малых водоемов и другие известные мероприятия, применяемые при борьбе с водной эрозией).
При осушении уменьшается коэффициент фильтрации торфа, особенно в
вертикальном направлении, что надо учитывать при расчете дренажа.
При осушении минеральных переувлажненных почв уменьшается их
плотность на 10...20 %, увеличивается пористость на 5...10 %, возрастает водопроницаемость и влагоемкость. При осушении и окультуривании благоприятно
изменяются агрохимические показатели – уменьшается кислотность, улучшается состав ППК, элементы питания растений переходят в доступные формы. Изменение водно-физических свойств почв и грунтов необходимо учитывать при
проектировании осушительных систем, изменение агрохимических характеристик почв влияет на оценку земель.
3. Влияния осушения на глубины грунтовых вод прилегающих
земель
Графически это влияние показано на рис.1, где в качестве примера изображены среднемноголетние кривые депрессии на болоте, склоне и возвышенности, т.е. на всех элементах катены, представляющей цепочку сопряженных фаций и образующей элементарный водосбор, как до осушения, так и после осушения при различных геоморфологических, гидрогеологических условиях и параметрах осушительной сети (в условиях Мещерской низменности).
Больше всего дальность действия осушения зависит от водопроводимости
грунтов, т.е. произведения осредненного коэффициента фильтрации на мощность слоев kT, м2/сут, а также от вертикального расчленения рельефа или перепада высот местного водораздела и поверхности болота∆0. На дальность влияния
сказывается глубина ловчих каналов Hлк при стандартной глубине укладки дрен.
22
Расстояние от тальвега болота, м
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
Отметки, считая от водораздела, м
0
1
3
2
2
5
3
6
4
1
5
2
6
7
3
6
5
4
Рис.1. Кривые депрессии до и после осушения болота: 1 – поверхность земли; 2
– без осушения при водопроводимости грунтов 15, 60 и 140 м 2/сут, соответственно; 3– после осушения при водопроводимости грунтов 15 м2/сут и глубине
ловчего канала 1,2 м; 4 – то же при 60 м2/сут и 1,2 м; 5 – то же при 60 м2/сут и
1,7 м; 5 – то же при 140 м2/сут и глубине ловчего канала 1,7 м
На рис. 2 показана дальность влияния осушения на уровни грунтовых вод при
тех же условиях.
1.15
Понижение уровня грунтовых вод, м
1.05
0.95
0.85
0.75
0.65
0.55
4
0.45
3
0.35
2
0.25
1
0.15
0.05
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Расстояние от края болота, м
Рис.2. Понижение уровня грунтовых вод в результате осушения болота: 1 – водопроводимость грунтов 15 м2/сут и глубина ловчего канала 1,2 м; 2 – то же 60
м2/сут и 1,2 м; 3 – то же 60 м2/сут и 1,7 м; 4 – то же 140 м2/сут и 1,7 м.
23
В таблице 3 приведена дальность влияния осушения на уровни грунтовых
вод на прилегающих землях для разных условий.
3. Дальность влияния осушения на уровни грунтовых вод
Варианты расчета
Дальность влиПонижение
яния осушения, УГВ у ловчего
kT,
∆0, м
Hлк, м
2
м
канала, ∆H0,м
м /сут
15
15
60
60
140
140
140
140
140
140
1
1
5
5
5
5
1
1
15
15
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
300
500
350
600
1200
2100
1300
1800
1400
2300
0,50
0,55
0,60
0,90
0,60
1,05
0,50
0,90
0,65
1,15
Надо иметь в виду, что дальность, указанная в табл. 3, установлена достаточно формально: при снижении уровня грунтовых вод, превышающем 0,05 м
(рис. 2). При назначении мероприятий, компенсирующих негативное влияние
этого снижения надо выделять зону, где оно может оказать заметное влияние на
существование биоценозов и на хозяйственную деятельность, этому соответствует зона шириной примерно 2/3 указанной в табл. 3 дальности.
Данные таблицы 3 говорят о том, что при нормированном осушении в
большинстве случаев его влияние незначительно, но излишнее заглубление
осушительной сети все-таки нежелательно.
Для уменьшения неблагоприятных экологических последствия осушения необходимо в проекте:
– не допускать чрезмерного осушения болот, руководствоваться общепринятыми нормами осушения с учетом вида сельскохозяйственного использования, выращиваемых культур, почвенно-гидрологических условий;
– ограничивать глубину дрен на осушаемом массиве (идти на минимальные их
уклоны) и ограждающих каналов; глубины ловчих каналов 1,6…1,7 м представляются излишними, экологически допустимыми их глубинами являются порядка
24
1,2…1,4 м; не заглублять без необходимости проводящие каналы, в том числе,
магистральные и особенно реки-водоприемники. В последнем случае надо идти
на осушение с механическим подъемом, т.е. строить польдерные системы с более активным регулирование глубин грунтовых вод. Удорожание строительства
и эксплуатации таких систем компенсируется эффектом от сохранения природы;
– предусматривать на осушенных землях увлажнение в засушливые периоды
путем шлюзования ограждающей и регулирующей сетей каналов и дрен, это повышает продуктивность осушенных земель и снижает переосушку прилегающих;
– на прилегающих к осушенным болотам землях предусматривать сокращение
поверхностного стока (об этом уже говорилось выше) путем его задержания на
склонах, увеличения впитывающей способности почвы, строительства прудов,
создания лесных насаждений, вспашки поперек склона, бороздования и других
противоэрозионных мероприятий, т.е. компенсировать негативные последствия
осушения, обустраивая надлежащим образом прилегающие земли.
В учебных курсовых проектах можно пользоваться данными табл. 3 для
оценки влияния осушения на уровни грунтовых вод прилегающих земель, интерполируя их; в дипломных проектах желательно моделирование этого явления с помощью описанных ниже программ.
4. Влияние осушения на продуктивность прилегающих земель
Прилегающие земли в районах осушения часто заняты лесом или освоены
под сельскохозяйственные культуры.
В данном пособии рассмотрен только один фактор, определяющий биопродуктивность сельскохозяйственных земель: влагозапасы в корнеобитаемом
слое и связанное с ними количество почвенного воздуха, последний фактор важен при переувлажнении. Для этого использовалась модель продуктивности
растений В.В. Шабанова (см. учебник «Природообустройство»), в которой последняя зависит от степени отклонения среднедекадной влажности в корнеобитаемом слое от оптимальной. В свою очередь оптимальная влажность зависит
от вида и сорта возделываемых или естественно произрастающих растений.
25
С некоторой степенью условности принято, что на неосушенном болоте
возделываются влаголюбивые травы с оптимальной влажностью около
0,85…0,95 ППВ, кормовая ценность которых невысока. Естественно, что на
неосушенном болоте даже для них создаются неблагоприятные условия, что
влечет за собой заметное снижение продуктивности. После осушения размещаются менее влаголюбивые, но более ценные в кормовом отношении травы, для
которых оптимальная влажность несколько меньшая – 0,80…0,85 ППВ. Такой
подход позволяет выявить экономическую эффективность осушения, проявляющуюся в получении не просто урожая зеленой массы, но и более высокого качества.
Относительная продуктивность трав (в долях от максимальной при оптимальных прочих факторах роста и развития) на неосушенном и осушенном освоенном болоте во многом зависит от глубины грунтовых вод, а, следовательно, от
влажности в корнеобитаемой зоне, при чем и переувлажнение почвы и переосушка при глубоких грунтовых водах снижают продуктивность. Как уже отмечалось, на неосушенных болотах травы дают не более 30…50 % максимального
урожая.
Осушение болота и доведение глубин грунтовых вод до величин, равных
норме осушения, доводит потенциальную урожайность до максимальной. Избыточное осушение со среднегодовой глубиной грунтовых вод порядка 1,40…1,45
м снижает потенциальный урожай до 0,7…0,8 явно из-за недостатка влаги. Это
обстоятельство также делает ненужным сверхнормативное осушение.
Прирост продуктивности или ее снижение в результате осушения по длине
катены показан на рис. 3.
На болоте наибольший прирост продуктивности, почти в 4 раза, ожидается
при сильном вертикальном расчленении рельефа, высокой водопроницаемости
грунтов и при оптимальной глубине ловчих каналов (кривая 7 на рис.3). В
остальных случаях прирост продуктивности в результате осушения также существенен.
26
Наблюдается заметное снижение продуктивности вблизи ловчих каналов,
особенно при завышенной их глубине из-за переосушки почв. Зато на некотором
удалении от ловчих каналов за границей осушения продуктивность на прилегающих землях возрастает, что говорит о благоприятном влиянии осушения на
прилегающие земли вблизи осушительной системы. Повторим, что этот вывод
касается трав, возможно, что в лесу понижение уровней грунтовых вод может
сказаться негативно на подросте, кустарниках, в частности, на ягодниках, о чем
говорится в литературе (см. Б.С. Маслов, В.И. Минаев, «Мелиорация и охрана
природы», 1985).
0.9
0.8
7
Прирост продуктивность трав
0.7
0.6
6
2
0.5
4
0.4
1
0.3
3
0.2
5
0.1
5
0.0
7
-0.1
-0.2
4
6
-0.3
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
Расстояние от тальвега болота, м
Рис. 3. Пример изменения относительной продуктивности трав в результате
осушения: при перепаде высот 5 м: 1 – водопроводимость грунтов 15 м2/сут,
глубина ловчего канала 1,2 м; 2 – водопроводимость грунтов 60 м2/сут, глубина
ловчего канала 1,2 м; 3 – водопроводимость грунтов 60 м2/сут, глубина ловчего
канала 1,7 м; 4 – водопроводимость грунтов 140 м2/сут, глубина ловчего канала
1,7 м; 5 – то же при перепаде высот 1 м; 6 – то же при перепаде высот 15 м 7 – то
же при глубине ловчего канала 1,2 м; (ширина болота 450 м)
При сильном расчленении рельефа на расстоянии порядка 1 км от тальвега
болота или 0,5 км от его края наблюдается отчетливое снижение продуктивности (см. кривую 6 на рис. 3). В данном случае несомненен негативный эффект
27
осушения, но при малой глубине ловчего канала это снижение продуктивности
составляет только 10 % (см. кривую 7 на рис. 3). Во всех остальных случаях
снижение продуктивности практического значения не имеет.
5. Влияние осушения на местный речной сток
Это очень старая проблема, в литературе она стала обсуждаться, как только в России в последней четверти ХIX в. началось осушение больших болотных
массивов. Детальный исторический очерк дискуссий о влиянии осушения на
речной сток содержится в монографии (Б.С. Маслов, В.И. Минаев, 1985).
Ее авторы на основе анализа большого экспериментального материала и
мнения многих ученых приходят к следующим выводам:
– неосушенные болота не имеют водорегулирующего значения, их гидрологическая роль в водном питании отрицательная, так как с неосушенного болота испарении больше, но они играют большую природоохранную роль, выступая как
мощный биогеохимический барьер на пути переноса загрязнителей; а также являясь местами обитания многих видов флоры и фауны; болота улучшают качество речных вод;
– осушение болот не ведет к обмелению рек и уменьшению их стока;
– на территориях с осушенными болотами улучшается структура местного стока: на фоне некоторого увеличения годового слоя стока уменьшается слой стока
половодья и увеличивается меженний сток, что благоприятно для существования малых рек.
В табл. 4 приведены результаты моделирования речного стока на неосушенных и осушенных болотах Мещерской низменности при разных гидрогеологических и геоморфологических условиях и при разных параметрах осушительной системы.
Судя по данным табл. 4, годовой сток с территорий с неосушенными болотами зависит от степени врезки болотного массива в водопроницаемый пласт,
иными словами, от вертикального расчленения рельефа. Он также зависит от заболоченности территории: с ее ростом годовой сток с неосушенного болота
28
уменьшается за счет уменьшения подземного стока в межень. Это подтверждает
вывод об отсутствии водорегулирующего значения болот.
4. Влияние осушения на составляющие речного стока с ландшафтной катены
Коэффициенты вариации
Речной сток, мм
стока
Варианты
МеМеГодо- ПолоГодо- ПоложенженнеkT,
вой
водья
вого
водья
∆0, м Hлк, м
2
ний
го
м /сут
15
60
140
140
140
Катена с неосушенным болотом (заболоченность катены 20 %)
5
–
118
102
16
0,47
0,44
5
–
134
105
29
0,45
0,41
5
–
163
111
52
0,43
0,39
1
–
114
98
16
0,51
0,47
15
–
196
110
86
0,33
0,37
2,40
1,66
1,13
2,58
0,63
То же с заболоченностью 36 %
140
5
–
153
110
43
0,48
0,41
1,42
Катена с осушенным болотом, (площадь болота 20% катены)
15
15
60
60
140
140
140
140
140
140
140
5
5
5
5
5
5
1
1
15
15
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
1,2
1,7
128
136
145
150
168
179
135
143
198
205
98
99
97
95
95
87
94
90
98
96
30
37
48
55
73
92
40
53
100
109
0,46
0,43
0,42
0,36
0,36
0,29
0,44
0,37
0,30
0,24
0,40
0,40
0,37
0,37
0,35
0,34
0,37
0,37
0,34
0,34
1,47
1.20
1,02
0,74
0,66
0,43
1,13
0,72
0,44
0,29
5
То же с заболоченностью 36 %
1,2
169
95
74
0,42
0,36
0,81
Осушение несколько увеличивает годовой сток и, что особенно важно, изменяет в положительную сторону соотношение между стоком половодья и меженним. Рост меженних расходов, благоприятно сказывается на существовании
рек. Вместе с тем, сток увеличивается по мере интенсификации осушения, что
вряд ли необходимо.
29
Интересно, что после осушения сток с катен с разной степенью заболоченности практически одинаков, т.е. осушенные болота работают в гидрологическом смысле как суходолы.
В учебных проектах можно пользоваться данными табл. 4 для оценки влияния осушения на речной сток, интерполируя их.
6. Влияние осушения на экологическую устойчивость территории
Осушение и последующая распашка земель приводит к снижению экологической устойчивости территории, так как снижает биологическое разнообразие, ослабляет барьерные функции, делает осушенные и освоенные болота восприимчивыми к водной и ветровой эрозии, загрязняет реки биогенами, пестицидами, тяжелыми металлами, содержащимися в минеральных удобрениях.
Коэффициент экологической устойчивости (стабильности) K c определяется по формуле
Kc
1
F
n
fK
i 1
i
1,i
K 2 ,i ,
(2)
где F – площадь водосбора; fi – площадь i-того угодья; К 1,i – коэффициент стабильности: для широколиственных лесов – 1,0; болот, водотоков и водоемов –
0,79; смешанных лесов – 0,63; лугов – 0,62; садов, лесных культур, лесополос –
0,43; хвойных лесов – 0,38; пашни в среднем – 0,14; урбанизированные территории (населенные пункты, промышленные зоны и т.п.) резко уменьшают экологическую стабильность водосбора, поэтому для них коэффициент стабильности
принимается отрицательным и ориентировочно равным -1 (И.П. Айдаров); К 2.i коэффициент, учитывающий гелого-морфологическую устойчивость рельефа,
зависит от площади оврагов, крутых склонов, оползней, незакрепленных песков
и т.п., он изменяется от 1 для стабильного рельефа до 0,7 – для нестабильного.
Устойчивость природных и техноприродных систем (водосборов) оценивают по следующей шкале:
Кс
≤ 0,33
0,34…0,50
Устойчивость
очень низкая
низкая
30
средняя
высокая.
0,51…0,66
0,67…1,00
В соответствии с ней наибольшей устойчивостью в России обладала неосвоенная лесостепная зона широколиственных лесов (50 %) вместе с хорошо
развитым многолетним травостоем (луга – 50 %), для нее Кс = 0,5·1 + 0,5·0,62 =
0,81 (при К2=1); Рассматриваемая территория с болотами (20 %), смешанными
лесами (50 %) и лугами (30 %) в естественных условиях тоже достаточно устойчивая: Кс = 0,2·0,79 + 0,5·0,63 + 0,3∙0,62 = 0,66. Распашка осушенного болота под
пропашные культуры снижает в целом экологическую устойчивость всей территории.
Устойчивость мелиорированной пашни по сравнению с богарой может
быть и выше и ниже, в зависимости от мелиоративного режима, в частности, от
соотношения продуктивности, величины поверхностного стока и промываемости почвенного слоя (формула Айдарова И.П.):
K МП K П ,
где K МП - коэффициент стабильности для мелиорированной пашни;
(3)
KП
- то же
для богары; η – коэффициент, зависящий от изменения структуры водного баланса в результате водных мелиораций:
(с g ) П У МП
,
(с g ) МП У П
(4)
(с g ) П и (с g ) MП – поверхностный сток и влагообмен между почвенными и
грунтовыми водами на немелиорированных и мелиорированных землях, мм; УП
и УМП – урожайность сельскохозяйственных культур на немелиорированных и
мелиорированных землях.
В данном случае на осушенном болоте устраняется поверхностный сток,
но зато резко увеличивается промываемость почвы, которая сменяет капиллярное подпитывание (табл. 1) и поэтому, несмотря на рост урожайности, устойчивость мелиорированной пашни почти вдвое снижается по сравнению с богарой:
(с g ) П У МП 36 19 0,98
0,47 .
(с g ) МП У П
0 76 0,47
31
При этом в результате осушения и освоении всего болота под пашню коэффициент экологической устойчивости составит Кс = 0,2·0,47∙0,14 + 0,5·0,63 +
0,3∙0,62 = 0,51, т.е. станет низкой, что недопустимо. Улучшить положение можно, доведя площадь посева трав (лугов) на осушенном болоте до 50 %: Кс =
0,1·0,47∙0,14 + 0,1∙0,62+0,5·0,63 + 0,3∙0,62 = 0,57, т.е. устойчивость всей территории становится средней.
7. Краткое описание программы «Катена»
Программа позволяет рассчитать показатели водного режима сопряженных фаций за длительный промежуток времени, ограниченный только длительностью многолетних рядов наблюдений за погодных условиями (порядка 40…50
лет и более). Она содержит численное решение двумерного уравнения влагопереноса в зоне аэрации и в зоне полного влагонасыщения (под колеблющемся
уровнем грунтовых вод).
Поверхность земли катены аппроксимирована формулой (5), превышение
поверхности земли над берегом водотока ∆х на расстоянии х (рис. 4) равно:
x 0,5 0 {1 th[ θ (1 2
x
)]} ,
B
(5)
где 0 - вертикальная расчлененность рельефа, т.е. разность отметок поверхности элювиальной и супераквальной фаций (перепад высот); θ - относительная
крутизна склона (трансэлювиальной фации); φ1 и φ2- эмпирические коэффициенты, вместе с относительной крутизной склона они позволяют регулировать
площади фаций, составляющих катену; их отношение дает координату перегиба
склона, т.е. линии морфоизографы: K B 1 / 2 B ; B – ширина катены.
Наибольший уклон местности будет в точке перегиба склона К∙В:
I max 0,5 0 2 / B ,
(6)
32
Рис. 4. Геоморфологическая схематизация ландшафтной катены: В – ширина
ландшафтной катены; ВСА, ВТЭ, ВЭ – протяженности супераквальной, трансэлювиальной и элювиальной фаций соответственно; К – коэффициент, характеризующий долю вогнутой части катены; ∆0 – вертикальная расчлененность рельефа,
1 – тальвег катены и берег водотока; 2 – водораздел катены; 3 – перегиб склона
катены; граница супераквальной и трансэлювиальной фаций; 5 – граница
трансэлювиальной и элювиальной фаций
В табл. 5 приведены в качестве примера геоморфологические параметры
для физико-географических провинций и районов Московской области. К ним
привязаны ближайшие метеостанции. Некоторые гидрологические характеристики водосборов Московской области приведены в табл.6
Перечень остальных исходных данных приведен в окнах программы (рисунки 5…9), нужно четко следовать инструкциям, изображенным в них. В результате прогноза ситуаций «без осушения» и «осушение» составляются итоговые таблицы 1 и 4, на основе файла текстового результата, и рисунки 1…3 на
основе данных имеющихся в файле для глубин грунтовых вод. Исходные данные и все результаты расчета описаны в файле для результатов расчета. В приложении к программе в папке «Катена» дается пример файла с исходной информацией, а также метеоданные по нескольким метеостанциям Московской области.
33
5. Геоморфологические параметры физико-географических районов Московской
области
Провинции
ВерхнеВолжская
Смоленская
Московская
МоскворецкоОкская
Мещерская
Заокская
Районы
Горизонтальная
расчлененность
территории
0,43
0,40
Метеостанция
Западный
Волоколамск
Восточный Клин
Дмитров
Западный
Можайск
Восточный Можайск
Западный
Н-Иерусалим
Восточный Дмитров
Северный Нарофоминск
Южный
Серпухов
Западный
Павлов-Посад
Восточный Егорьевск
Черусти
Западный
Кашира
Восточный Коломна
Среднерусская
–
–
Средняя
ширина
катен, м
Вертикальная расчлененность
рельефа
Положение
морфоизографы К
1160
1250
15
11
0,33
0,39
0,44
0,44
0,43
0,39
0,40
0,43
1130
1130
1160
1280
1250
1160
20
26
29
29
20
28
0,35
0,37
0,35
0.31
0,36
0,31
0,37
0,32
1350
1560
14
11
0,37
0,68
0,43
0,40
1160
1250
40
40
0,32
0,39
0,40
1250
40
0,36
Табл. 6. Гидрологические характеристики водосборов Московской области
637
635
616
593
654
561
640
638
628
641
589
584
Годовое
испа
рение,
мм
408
431
441
416
441
388
417
430
416
455
399
420
Осадки
зимой,
мм
243
236
249
236
239
225
244
259
252
265
227
267
618
422
245
Метеостанции
Годовой
сток,
мм
Сток
половодья,
мм
Межнний
сток,
мм
Годовые
осадки, мм
Волоколамск
Дмитров
Егорьевск
Кашира
Клин
Коломна
Можайск
Нарофоминск
Н.-Иерусалим
Павлов-Посад
Серпухов
Черусти
229
204
177
175
213
173
223
208
212
186
190
164
102
100
92
96
99
93
104
103
100
97
101
83
127
104
83
81
114
80
119
105
112
89
89
81
Средние по
области
196
98
99
61
63
57
58
62
58
60
64
75
62
67
81
Испаряемость
летом,
мм
405
442
445
485
404
439
389
415
386
442
462
435
64
429
Испарение
зимой,
мм
Коэф.
пов.
стока
0,56
0,58
0,48
0,54
0,56
0,56
0,56
0,53
0,56
0,48
0,63
0,45
0,54
34
Рис. 5. Стартовое окно программы «Катена»
35
Рис. 6. Окно «Требования растений и свойства почв» программы «Катена»
36
Рис.7. Окно «Геоморфологические, гидрогеологические условия и параметры
дренажа» программы «Катена»
37
Рис.8. Окно «Погодные условия» программы «Катена»
38
Рис.9. Окно «Текущие результаты расчета» программы «Катена»
39
Основная литература
1. Агоэкология (под ред. В.А. Черникова и А.И. Чекереса) – М.: Колос, 2000.536 с.
2. Голованов А.И., Кожанов Е.С., Сухарев Ю.И. Ландшафтоведение. – М.:
Колосс. 2005. – 216 с.
3.Голованов А.И. и др. Природообустройство. – М. Колосс. 2007. – 500 с.
40
Содержание
Стр.
Введение……………………………………………………………………………..3
1. Общие положения оценки воздействия на окружающую среду………………5
2. Влияние осушения на окружающую среду…………………………………….12
3. Влияния осушения на глубины грунтовых вод прилегающих земель……….22
4. Влияние осушения на продуктивность прилегающих земель………………..25
5. Влияние осушения на местный речной сток…………………………………..28
6. Влияние осушения на экологическую устойчивость территории……………30
7. Краткое описание программы «Катена»……………………………………….32
Литература………………………………………………………………………….40
41
Голованов Александр Иванович
Сухарев Юрий Иванович
Шабанов Виталий Владимирович
Учебно-методическое пособие по выполнению курсовых и дипломных проектов
«Оценка воздействия осушения на окружающую среду (ОВОС)»
Подписано в печать
Формат
Бумага типографская №2
Тир. - 200 экз.
Объем 1,5 уч.-изд. л
Цена договорная. Заказ №
Редакционно-издательский отдел МГУП
42
