Экологическое проектировагние и экспертиза

6.2. Прогноз составляющих водного баланса водохранилищ- поступление воды через основную реку и притоки, осадки на площадь зеркала, сток и испарение, инфильтрация берег. Определение типов суточного, сезонного и многолетнего регулирования. Прогноз ветро-волнового режима, течений. Гидрофизический и гидрохимический режим водохранилища. Цвет и прозрачность воды, ее качество. Хозяйственная деятельность на водосборе. Возможное эвтрофирование и заиление. Прогноз всплытия торфяником и водохранилищах лесной зоны.

6.3. Гидрологический режим в нижнем бьефе. Изменение русловых процессов в нижнем бьефе. Сток наносов. Мести и климат. Роль зимней полыньи в формировании метеорологического режима ниже плотины (актуально для водохранилищ Сибири и Дальнего Востока, расположенных в резко континентальном климате). Прогноз качества воды в нижнем бьефе с учетом антропогенных факторов.

6.4. Изменение гидрогеологических условий в нижнем бьефе. Прогноз изменений в почвенном и растительном покровах. Биологическая и сельскохозяйственная продуктивность земель. Прогноз остепнения и аридизации пойм. Размеры зон и поясов влияния. Водохранилища как блокирующий фактор миграции животных (актуально для проектируемых водохранилищ Сибири и Дальнего Востока). Структура землепользования в нижнем бьефе. Экономическая оценка негативных - последствий и обоснование объема финансирования компенсационных мероприятий.

6.5. Сейсмическая активность территории. Прогноз возможных наведенных землетрясений.

6.6. Прогноз переработки берегов в конечную стадию. Оценка ущерба и компенсационные мероприятия. Обоснование выбора вида инженерной защиты: обвалование территории укрепление берегов и откосов существующих земляных сооружений. Устройство волноломных и волноотбойных сооружений, подсыпка берегов (с укреплением откосов и дренажем), намыв искусственного пляжа с созданием профиля равновесия в пляжной зоне (по аналогии с намывным пляжем в районе Акамдемгородка на Новосибирском водохранилище), залесение берегов.

Для зоны выклинивания подпора необходим прогноз развития процессов регрессивной аккумуляции вещества и глубинной эрозии.

6.7. Гидрогеологическое влияние (фильтрация и подпор). Определение размеров зон, подзон и поясов влияния. Подтопление (заболачивание или засоление) ландшафтов прилегающей территории. Прогноз изменений в почвенном, растительном покровах и животном мире. Определение участков, в пределах которых необходим принудительный дренаж для защиты сильно подтопленных территорий. Списки краснокнижных видов растений и животных, попадающих в зоны затопления и подтопления.

6.8. Местный климат водохранилища и его влияние на прилегающую территорию. Ключевым моментом в прогнозе является расчет температуры поверхности воды (Тп), который осуществляется по методике ГГО им. А.И. Воейкова. В ряде случаев можно использовать метод географических аналогий -- привлекать данные по температуре поверхности воды озер или существующих водохранилищ. Оба метода дополняют друг друга и, как правило, дают близкие результаты при соблюдении граничных условий. В противном случае достоверность прогноза низкая. Изменения по сезонам года и времени суток основных метеорологических элементов и явлений -- числа дней с туманами, грозами, штормовым ветром. Метеорологический режим водоема и условия навигации.

6.9. Структура землепользования в верхнем бьефе. Рекреационный потенциал прибрежной зоны водохранилища. Экономическая оценка негативных последствий и обоснование объемов финансирования компенсационных мероприятий в зоне затопления и подтопления.

6.10. Вопросы сохранения памятников природы, истории и культуры, археологических объектов.

7. Оценка и управление риском. Краткое изложение предварительной оценки риска. Сценарии аварийных ситуаций. Разработка мер по снижению риска. Экономическая оценка платы за риск.

8. Вопросы организации службы мониторинга. Законодательные и нормативные требования. Мониторинг водохранилища, атмосферы, прилегающей территории в районе верхнего и нижнего бьефов. Санитарно-гигиенический мониторинг.

9. Материалы и итоги общественных обсуждений (слушаний) проекта.

Глава 13. Геоэкологическое проектирование осушительных и оросительных систем

13.1 Назначение и классификация мелиорации

Сельскохозяйственное производство, состоящее из растениеводства и животноводства, благодаря технике, мелиорации и химизации, оказывает существенное влияние на среду обитания человека и требует тщательного экологического обоснования.

Комплекс физико-географических факторов, ограничивающих возможности оптимального использования природных ресурсом и условий, называется мелиоративной неустроенностью.

Ее основные виды:

· переувлажненность;

· засушливость;

· засоленность почв;

· эродированность;

· закустаренность;

· завалуненность;

· лавино-и селеопасность и др.

Сущность мелиорации, в узком ее понимании, означает систему организационно-хозяйственных, биологических, технических, химических и других мероприятий по коренному повышениию естественного плодородия сельскохозяйственных угодий. В отличие от разовых факторов агротехнического обеспечения уражая каждого года они предполагают многолетний эффект. Потребность, виды, последовательность мелиорации ландшафтов вытекают из специфики местных физико-географических условий, из биологических законов растениеводства, региональных систем земледелия и экономических возможностей хозяйств.

Вопросам классификации мелиорации много внимания уделяли А.Н. Костяков, А.М. Шульгин, Ф.Р. Зайдельман, В.Т. Гриневецким В.Б. Михно и др. В обобщенном виде классификация приведена в табл.

Таблица 8

Классификация мелиорации

Тип	Подтип	Примеры
1	2	3
Йодные	Осушительные	Осушение болот, заболоченных лесов
	Паводково-регулирующие	Борьба с затоплением и паводками, борьба с подтоплением, ликвидация поверхностного застаивания атмосферных осадков
	Оросительные	Увлажнительное и удобрительное орошение, почвоочистное орошение
	Осушительно-увлажнительное	Регулирование водно-воздушного режима почв, орошение осушенных земель, польдерное осушение
Нитотропиые	Обводнительные	Обводнение маловодных и безводных территорий
	Почвозашитые (земельные)	Борьба с плоскостной и овражной эрозией, с дефляцией и суффозией
	Почвореконструк-тивные	Создание почвенного покрова, пескование, глинование, торфо-вание
	Культуртехнические	Планировка поверхности, землеочистка, землеустройство
	Грунтореконструк-тивные (инженерно-геологические)	Противокарстовые, противооползневые, противомерзлотные
	Рекультивацион-ные	Рекультивация карьеров, отвалов, рекультивация разрушений природной стихии (паводков, ураганов)
Фитотроп-ные	Фитоконструктив-ные (растительные)	Создание лесополос, сплошное лесонасаждение
	Ландшафтно-за-щитные	Водоохранные, ветрорегулирование, снегозадержание, берегоза-щита, борьба с оползнями и обвалами
Климатические	Тепловые	Борьба с заморозками, агротепло вые, борьба с выпреванием и вымерзанием
	Влагораспредели-тельные	Искусственное вызывание атмосферных осадков, регулирование снеготаяния, аккумуляция влаги
	Ветроослабляющие	Противоураганные меры, местные ветроослабляющие мероприятия
Снежные	Терморегулирующие	Снегозадержание, снегоуплотнение
	Влагорегулирующие	Снегонакопление, регулирование снеготаяния
Химические	Солеобогатительные	Внесение удобрений, регулирование расхода питательных вещести
	Кислоторегулирующие	Известкование, кислотование и гипсование почв
	Почвоукрепляюшие	Оструктуривание почв, противо-дефляционное закрепление почи полимерами, силикатизация почи и грунтов
	Санитарно-дезин-фекционные	Применение арбоцидов, пестицидов

Типы мелиорации выделены по прямому воздействию на ведущие свойства (компоненты) геокомплексов (водные, литотропные или земельные, фитотропные, климатические и т.д.); подтипы -- по характеру избирательного воздействия на ведущие свойства геокомилексов (например, в типе водных -- оросительные, обводнительные, паводково-регулирующие, осушительно-увлажнительные).

По отношению к отраслям хозяйства и решаемым задачам мелиорации могут быть сельскохозяйственные, лесохозяйственные, водохозяйственные, для нужд энергетики, рекреации, строительства, транспорта. Наибольшее распространение имеют сельскохозяйственные мелиорации, которые мы называем приоритетно-комплексными, осуществляющие преобразования совокупности неблагоприятных свойств ландшафтов и факторов, определяющих урожайность сельскохозяйственных культур, с побочным решением других важных экологических и социально-экономических проблем.

Несколько тысячелетий насчитывает применение водных мелиораций. Более 40% мировой продукции сельского хозяйства получают орошаемых и осушенных земель. На конец XX в. в мире осушено более 160 млн га, орошается 260 млн га земель сельскохозяйственного назначения. В 60-80-х годах XX в. гидротехнические мелиорации в СССР получили широкое распространение, однако в ущерб другим. Между тем разделение сельскохозяйственных мелиорации на отдельные типы и подтипы условно.

Следуя идеям основоположников конструктивного направления в географии -- В.В. Докучаева, А.И. Воейкова, Г.Н. Высоцкого, Г.Ф. Мороюва и их последователей -- И.П. Герасимова, Д.Л. Арманда, А.М. Алпатьева, В.А. Ковды, А.М. Шульгина, следует говорить о гидротехнических комплексных мелиорациях. В основе их проектирования и работ крупнейших гидротехников-мелиораторов А.Н. Костякова, Б.С. Маслова, И.С. Шатилова, Б.Б. Шумакова, В.В. Шабанова, Л.И. Ускова и др. лежит концепция программированных урожаев, близкая по своему содержанию к концепции геотехнических систем.

13.2 Строение оросительных, оросительно-увлажнительных и осушительных систем

Основная задача осушительных мелиорации -- удаление избыточной влаги с болот и заболоченных земель. В практике гидромелиоративного проектирования к болотам относят земли, где мощность торфа (перегноя) более 30 см. При мощности торфа менее 30 см -- заболоченные земли, а при отсутствии торфа речь идет о минеральных избыточно увлажненных землях. Выбор способа осушения зависит от типа водного питания (табл. 9).

Таблица 9

Методы осушения земель*
Тип водного питания	Методы осушения
	основной	дополнительный
Атмосферный	Ускорение поверхностного стока	Повышение инфильтрационной и аккумулирующей способности почв и грунтов
Грунтовый	Понижение уровней грунтовых вод (ускорение внутреннего стока)	Перехват потока грунтовых вод, уменьшение грунтовом приточности
Грунтово-напорный	Понижение уровня напорных вод и уровней грунтовых вод	То же за пределами объек 1 осушения
Склоновый	Перехват на границе объекта склонового поверхностного стока	Уменьшение притока повср хностных вод со стороны
Намывной (пойменный)	Ускорение руслового паводкового стока, защита территории от затопления	Разгрузка реки системой мероприятий по регулиропп-нию стока

Если заболачивание земель вызывается поверхностными водами, то их осушение сводится к удалению излишка поверхностных вод путем усиления стока или к ограждению осушаемой площади от притока вод извне. При питании низинных и переходных болот и заболоченных земель грунтовыми водами методы осушительных мероприятий направлены на регулирование оттока фунтовых вод и поддержание оптимальной влажности почв, на ограждение от поступающих извне и осушаемый участок грунтовых вод или снижение их напора. В том случае, когда заболачивание происходит за счет нескольких источников, при осушении используется комплекс методов: открытая осушительная сеть, закрытый дренаж, ускорение поверхностного стока, кротовый дренаж, ловчие каналы, глубокое рыхление, рыхление рудякового горизонта и т.д.

Метод осушения -- это целевая направленность мелиоративных мероприятий, определяющая пути отвода избыточных вод уровней грунтовых вод, защита территории от притока вод извне, скорение стока, регулирование длительности затопления, усиление фил: рации воды в нижележащие горизонты почв и грунтов.

Все осушительные системы принято классифицировать по: 1) степени канализации (сеть каналов развитая или разреженная); 2) способу отвода воды (самотечная или с механическим подъемом воды); 3) типам осушительных каналов (открытые и закрытые). Схема осушительной системы с комплексом типовых природоохранных мероприятии показана на рис. 31.



В осушительной системе различают следующие основные части: оградительную, регулирующую и проводящую сети, водоприемнш внутрихозяйственную дорожную сеть. Обратим внимание, что в середине 80-х годов в состав проекта осушительной системы стали включать небольшие водохранилища, рекреационные зоны на их берегах, пруды для любительского лова рыбы, системы водооборота дренажного стока с помощью коллекторов-накопителей и колодцев-накопителей с механизмами очистки вод, лесные полосы.

Важнейшими эколого-гидротехническими характеристиками осушительных систем выступают норма осушения и расстояние между открытыми собирателями, от которых во многом зависит как эффективность дренажа, так и степень влияния системы на окружающие ландшафты.

Нормой осушения условно считается глубина уровня грунтовых вод на середине между двумя осушителями, при которой создаются оптимальные условия для определенной сельскохозяйственной культуры в данный период ее развития.

Эта величина переменная и зани сит от механического состава почв, вида и фазы развития выращиии емых сельскохозяйственных культур. В табл. 10 в качестве примера прим ведены нормы осушения для полевых культур и трав (на сено) для торфяников, минеральных тяжелых и легких почв.

Таблица 9

Нормы осушения в Нечерноземной зоне, см

Период	Овощные, технические и зерновые культуры	Многолетние травы
Торфяники, мощностью более 60 см
Предпосевной	55-65	45-55
Посевной	65-75	55-65
Вегетационный	90-120	65-85
Минеральные почвы (глины, суглинки)
Предпосевной	60-70	50-60
Посевной	70-80	60-70
Вегетационный	100-130	80-100
Минеральные почвы (пески, супеси)
Предпосевной	45-55	40- 50
Посевной	55-65	50-60
Вегетационный	80 - 100	70-90

На засоленных почвах и при наличии минерализованных грунтовых вод вместо нормы осушения используется показатель критической глубины залегания грунтовых вод. Это глубина, при которой не происходит засоления почвы, так как капиллярный подъем воды и почву, несущий соли со стороны грунтовых вод, минимальный. Критическая глубина больше нормы осушения и обычно в лесостепной и степной зонах равна 0,9-1,8 м.

Осушительная сеть проектируется таким образом, чтобы она могла обеспечить любую необходимую норму осушения и создавать условия для своевременного начала весенних полевых работ. Основные параметры осушительной системы -- расстояние между каналами, их длина и глубина. Конкретные приемы расчета характеристик осушительных систем приведены в "Справочнике по мелиорации" (1989).

Осушительно-увлажнительные системы

Исследование динамики запасов почвенной влаги под различными сельскохозяйственными культурами за вегетационный период показывает, что на европейской территории России южнее линии иск -- Калуга -- Владимир -- Нижний Новгород -- Ижевск необходимо создание осушительно-увлажнительных систем. Основными факторами, обусловливающими потребность в периодическом орошении пенных болот, выступают три.

· Во-первых, внутригодовая и годовая изменчивость режима атмосферного увлажнения, чередование засушливых и острозасушливых лет.

· Во-вторых, превышение суммарного испарения над осадками в теплый период, имеющее место не только в засушливые, но и в средние по климатическим условиям годы.

· В-третьих, понижение уровня грунтовых вод в летние месяцы на глубину, при которой вследствие небольшой высоты капиллярного поднятия воды в торфе интенсивность подпиты-вания корнеобитаемого слоя грунтовыми водами не перекрывает интенсивности расходования влаги из этого слоя на суммарное испарение.

Практика освоения болот и заболоченных земель в зоне с неутойчивым увлажнением показала, что их осушение должно осуществляться по принципу двустороннего регулирования водно-воздушно режима почв. Оно достигается путем проведения мероприятий, сочетающих осушение и орошение, т.е. строительства осушительных 1 ем двустороннего действия (рис. 32).



В зависимости от природных условий и хозяйственного использования осушаемых болот в зоне неустойчивого увлажнения могут проектироваться следующие мелиоративные системы:

а) осушительно-увлажнительные, предусматривающие полное двустороннее регулирование водного режима почв с подачей воды извне; б) осушительные, обеспечивающие частичное регулирование водного режима почвы с проведедением увлажнения только за счет местного стока; в) осушительные одностороннего действия, обеспечивающие только сброс избыточных поверхностных и грунтовых вод с осушаемой территории.

Мероприятия по увлажнению осушенных земель подразделяются предупредительные и увлажнительные. На системах, относящихся к типу "в", используются только предупредительные мероприятия, которые включают шлюзование в период спада вод весеннего паводка и заградительные устройства на осушаемых площадях лиманов. Это позволяет тормозить быстрое снижение почвенных и грунтовых вод.

На мелиоративных системах "а" и "б" типов проектируют подземные поверхностные способы увлажнения. Подземное увлажнение заключается в подаче воды из открытых каналов осушительной сети посредством шлюзов, кротового и трубчатого дренажа, специальных подводящих каналов-водоводов. Шлюзы строятся на водоприемниках или магистральных каналах. При необходимости шлюзы закрывают, пень воды в магистральных каналах поднимается, и за счет фильтрации воды повышается уровень грунтовых вод на осушенном массиве. Для задержания воды в закрытой дренажной сети устраиваю колодцы-регуляторы, в которых при помощи специальных щитов или заслонок перекрывается водный поток и уровень дренажных вод понимается на нужную высоту. Увлажнительное шлюзование -- при довольно примитивный. Его следует сочетать с поверхностным орошением, которое осуществляется напуском по полосам, бороздам помощью дождевания. Подробнее о способах орошения и технике полива будет сказано ниже.

Польдерные мелиоративные системы

Они относятся как к осушительным, так и к осушительно-увлажнительным. По отношению к водоприемникам они подразделяют на приморские (защита территории от затопления морем), пойменные создаются в поймах и дельтах рек) и низинные (приозерные, противоводохранилищные -- на мелководных и периодического затопления зонах водохранилищ).

Наиболее распространенными являются незатопляемые польдеры сельскохозяйственного назначения. Затопляемые польдеры совмещают интересы сельского и рыбного хозяйства.

Польдерная система представляет собой совокупность гидротехнических элементов, включающих дренажную сеть, сооружения для проса воды, оградительные (защитные) дамбы. Польдерная система может быть с машинным подъемом воды или самотечной. В качестве при мера приведена схема приозерного польдера Ленас в Литве (рис. 33). Основные ее элементы: насосная станция, защитная дамба, отстойник, нагорно-ловчий канал, дренажно-коллекторная сеть.



В связи с необходимостью рационально использовать водные ресурсы на польдерах и осушительно-увлажнительных системах создаются водооборотные системы. Они позволяют многократно использовать воды без сброса в транзитные водоприемники. Водооборотная осушительно-увлажнительная система включает в себя два водоема-накопителя (рис. 34). Один -- в нижней части магистрального канала мы сбора дренажного стока и второй -- в верхней части системы, куда собранный дренажный сток из нижнего водоема подается насосной станцией по напорному трубопроводу. Нижний пруд-накопитель проектируют в наиболее пониженной части системы, верхний -- на высоких гипсометрических уровнях с тем, чтобы обеспечить самотечную подачу воды в увлажнительную сеть. Нередко верхний пруд-накопитель приходится ограничивать дамбами.



Основные требования, предъявляемые к воде для орошения: она должна быть по качеству пригодной для питания сельскохозяйствен ных культур; запасы и расходы ее в водоисточнике должны удовлетворять потребностям растений в воде в установленные сроки расчетной обеспеченности; водоисточник должен располагаться вблизи орошаемого массива, определяя наименьшие капитальные и эксплуатационные затраты. Исключение может быть в том случае, когда соображениям экологической безопасности или целесообразно приоритет может быть отдан более дальним водозаборам.

Основная задача оросительных мелиорации -- обеспечение обходимого водно-воздушного, теплового и питательного режимов почв на территориях, испытывающих недостаток влаги.

Оросительные мелиорации классифицируют по трем основный признакам:

"времени действия;

"способу проведения;

"цели орошения.

По времени действия выделяется: а) регулярно действующее орошение (самотечное или с механическим водоподъемом); б) однократно действующие -- паводковое и лиманное орошение. По способу проведения орошение делится на: а) распределение воды по поверхнсти почвы (поверхностный полив по бороздам, полосам или путем затопления отдельных участков); б) распыление воды в воздухе при помощи дождевальных установок, увлажняющих не только почву, но и растения и приземный слой воздуха; в) подпочвенное орошение ну тем подачи воды по дренам.

Кроме увлажнительного орошения, широко распространены специальные виды, которые имеют узкоцелевое назначение. Среди них наиболее известны: а) удобрительное орошение, имеющее целью снабжение почвы и растений растворенными в воде питательными веществами; и) сточные воды; в) почвоочищающее (дезинфекционное) орошение, цель которого очистить почву от избыточных солей в почве и от вредителей растений; г) окислительное орошение, проводимое для окисления и заиления осушенных ранее заболоченных почв речными водами; д) отеплительное орошение водой, особо эффективное при борьбе с заморозками и удлиняющее вегетационный период; е) освежительное орошение, осуществляемое при помощи дождевальных машин и предназначенное для повышения влажности почв и приземного слоя воздуха, в результате чего возрастают затраты тепла на испарение и снижаются затраты энергии ни на турбулентный теплообмен между поверхностью почвы и атмосферой, что приводит к снижению температуры воздуха на 2--5°.

Оросительная система представляет собой комплекс сооружений, подающий воду на поля в необходимое время и в нужном объеме. 11остоянно действующая оросительная система состоит из следующих элементов (рис. 35):



1. Водоисточника.

2. Водозаборного (головного) сооружения.

3. Магистрального канала или трубопровода.

4. Распределительных проводящих каналов или трубопроводом

5. Временной поливной сети и техники полива.

6. Водоотводящей (коллекторно-дренажной) сети.

7. Внутридорожной сети.

8. Полезащитных лесных полос.

9. Очистных сооружений дренажного стока и др.

Режим орошения включает сроки, количество и норму поливов. По срокам поливы подразделяют на вегетационные, вневегетационные и специального назначения. Количество воды, подаваемой на поля определяется оросительной и поливной нормами. Оросительная норма М (м³/га) -- количество воды, которое необходимо подавать н 1 га орошаемой площади за оросительный период, чтобы получить проектную урожайность.

М = Т-- X-- W-- G,

где Т -- водопотребление, X -- используемые осадки расчетной обеспеченности за вегетационный период, W -- используемый запас влаги из почвы, G- объем воды, поступающей из грунтовых вод. Поливная норма характеризуется количеством воды, подаваемой на 1 га орошаемой площади за один полив. Сумма поливных норм равна оросительной норм

Орошение должно создавать для каждой сельскохозяйственной культуры, которая имеет свое удельное водопотребление (количество воды в г, необходимое для создания одного грамма сухого органического вещества), в конкретных условиях оптимальный водный, воздушный и пищевой режимы почвы. Поэтому важное значение имеют физиологические свойства растения, почвенные и погодные условия.

13.3 Пространственно-временная организация зон влияния осушитсльных систем

Принципиальная схема изменений природно-территориалыь комплексов под влиянием осушения показана на рис. 36.

Осушение есть уничтожение гидроморфных комплексов, лесной и кустарниковой растительности, нивелировка местных локальных природных различий путем прокладки дренажа, при ведения культур технических работ, известкования, внесении минеральных и органических удобрений.

Это приводит к формированию антропогенного ландшафта с при сущими ему процессами мелиоративной эрозии, дефляции, минерализации и сработки торфяной залежи, уплотнения почвы, перестройки орнитофауны и др. При этом появляются новые свойства ландшафты увеличение пожарной опасности, уменьшение продолжительности безморозного периода и снижение температур воздуха и на поверхности почвы ночью, сокращение и даже исчезновение некоторых видов естественной фауны.

Влияние осушения происходит через поверхностные и грунтовые воды (дренажный сток). Гидрологическое влияние изучено достаточно подробно на примере Полесья. Осушение способствует увеличению годового стока в пределах точности гидрометеорологических исследований, достоверно в первые годы, за счет сработки "вековых" запасов болотных вод. В период интенсивной вегетации растений сток снижается. Максимальный весенний сток возрастает, но максимальный сток малой обеспеченности снижается. Минимальный сток после осушения возрастет в 1,7--3,8 раза; увеличивается и летний меженный сток. В целом внутригодовое распределение стока становится более равномерным.

Размер зоны гидрогеологического влияния определяется: глубин и дренажа, расстоянием между дренами регулирующей и проводят и сетей, типом регулирования, литологическим составом пород, мощностью водоносного горизонта, уклонами рельефа, сезонными методными условиями и др. Ширина зоны влияния может составлять от нескольких десятков метров до 3--6 км.

Снижение уровня грунтовых вод определяет две цепочки причинно-следственных связей: одна проявляется в изменении ландшафтно-геохимических условий, почвенного и растительного покрова; другая связана со снижением затрат тепла на физическое испарение, изменениями в структуре радиационного и теплового балансов, что наряду с альбедо деятельной поверхности формирует новый микроклимат.

Микроклиматический эффект осушения наиболее ярко проявляется в изменении температуры на поверхности почвы. В летнее время осушенном болоте в дневные часы температура поверхности почвы обычно на 2--5 "С выше, чем на болоте. Осушение приводит к росту суточной амплитуды температуры в разные сезоны года от 2,5 до 6,5 С Значения минимальных температуры на поверхности почвы снижаются на 1--3°. Выравнивание рельефа после осушения и проведение культуртехнических работ снижают шероховатость поверхности и при водят к увеличению скорости ветра по сравнению с неосушенных болотом в дневные часы на 1--1,2 м/с.

Удаление кустарников и сглаживание полей приводят к значительному перераспределению снежного покрова и его метелевому переносу. Основная часть осушенных земель, за исключением пограничных зон с лесами, имеет запас влаги на 10-15% меньше средних фоновых значений. Осушение приводит к большей глубине промерзай осушенного торфяника, на 20-30 см, что характерно для условий Карелии, Полесья, Смоленской области и Мещеры. Таким образом, осушением связано появление новых устойчивых черт в режимах тепла и влаги, в микроклимате прилегающей территории, наибе ярко -- на массивах осушения площадью более 500 га.

Ландшафтно-геохимические аспекты воздействия осушителыных систем на прилегающую территорию. И.А. Авессаломовой разработки принципиальная схема перестройки геохимических ландшафтов при осушении (рис. 37). Задачи проектирования заключаются в следующем.



Первая -- оценка плодородия осушенных земель с позиций геохимических факторов урожая и норм внесения минеральных удобрений Сложность ее решения заключается в том, что процессы, протекающих на осушительной системе, противоречивы. С одной стороны, в результате осушения происходит перестройка гидроморфного ряда почв в антоморфный, усиление в них зональных процессов, что приводит к формированию более плодородных почв. С другой стороны, при трансформации осушенных почв, обработке торфа и выносе химических элементов с урожаем наблюдается отрицательный баланс органического вещества несбалансированность круговорота зольных элементов.

Вторая -- расчет потерь питательных элементов с однонаправленным дренажным стоком и оценка возможной "химической" эрозии и Уничтожение или сокращение природных геохимических и биологических барьеров (низинных болот) способствует выносу химических элементов из ландшафта. Потенциально это является предпосылки для снижения качества вод и загрязнения, что создает условия евтрофирования водоемов и снижения рыбопродуктивности.

Третья задача -- расчет качества дренажных вод и качества поверхностных вод местных рек и озер.

Результаты исследований в Мещере позволили установить основные черты ландшафтно-геохимических изменений. Результатом интенсификации биологического круговорота элементов лугово-болотных супераквальных ландшафтов явилось увеличение содержания подвижных форм элементов в почве. В верхних горизонтах мелиорированных почв растет содержание подвижного N и Р по сравнению с торфами низинных болот. Это свидетельствует об улучшении обеспеченности ландшафтов элементами питания растений. Под культурными луга резко увеличивается азот нитратов по сравнению с аммонийным. В пахотном горизонте он может возрастать в 20 раз, тогда как соотношение между этими формами в низинных болотах противоположно.

Другой аспект функционирования осушительной системы, снизанный с интенсификацией бика, -- изменение состава вод суперак вальных ландшафтов по сравнению с исходным. Наблюдается увеличение минерализации грунтовых вод лугово-болотных агроландшафтов, интенсивности водной миграции Са, С1, снижение содержании Сорг и общего азота. Многие биогенные элементы мигрируют в состав органических соединений.

Новым признаком осушенных почв и на прилегающей территории является их окислительно-восстановительная вертикальная зональность. В верхней части профиля до 20--35 см формируются окислительные условия; Рh возрастает до 360--430 мВ. Далее преобладают востановительные условия. На контакте обстановок возникает площадной кислородный барьер. В зоне закрытого дренажа при выходе глеевых вод из труб возникают локальные кислородные барьеры.

Интегральным показателем последствий геохимической перестройки ландшафтов выступает сток дренажных канав. Эти воды в лесной зоне чаще всего относятся к гидрокарбонатно-кальциевым; они минерализованы. Характерен вынос Са, С1, сульфат-иона и соединений азота. Потеря вещества с дренажным стоком относится к отрицательным последствиям функционирования осушительных систем. В районах с обилием озер, которые принимают дренажный сток, снижается рыбопродуктивность и возникают благоприятные условия для евтрофирования.

Структура зоны влияния осушительных систем

В зоне гидрогеологического влияния спустя 10--15 лет после их создания четко обозначаются две подзоны: структурной перестройки компонентов ПТК и подзона количественных изменений; вторая подзона иногда мелкоконтурна и фрагментарна. В пределах подзон влияния прослеживаются пояса увеличения и снижения биологической продукции ландшафта.

Конкретные значения вертикальных и горизонтальных границ под-зон и поясов влияния носят региональный характер. Все типы леса в зоне влияния осушительной системы следует разделить на три группы: и избыточно увлажненные до создания дренажа, где глубина фунтовых вод за вегетационный период обычно менее 0,6 м (для почв легкого механического состава); произрастающие в оптимальных условиях атмосферно-грунтового увлажнения (глубина грунтовых вод 0,7--1,2 м) и леса, испытывающие периодический недостаток влаги (уровень грунтовых вод летом может быть до 2 м и более).

В качестве примера реакции древесного яруса на понижение уровня фунтовых вод в пределах подзоны структурной перестройки ПТК в табл. 11 приведены результаты исследований в Мещерской низменности и вне влияния Вожской осушительной системы площадью около 700 га.

Таблица 11

Границы поясов влияния Вожской осушительной системы на древесный ярус

Пояс ВНЛИЯНИЯ	Господствующие типы леса	Превышение над уровнем осушенного болота, м	Расстояние от дренажа, м	Изменение прироста за 10 лет
Положительное	Сосняки чернично-зеленомошные	0,4-1,1	до 120	1,30-1,40
	Ельники-кисличники и чернично-зеленомошные	до 0,65	до 1 20 м	1,13
Отрицательное	Сосняки-зелено-мошники	до 0,75-2,3	до 220	0,80-0,95
	Ельники кислично-зеленомошные	1,0-1,6	до 150	0,70

Четыре принципиальных вывода следуют из анализа динамики прироста деревьев, относящихся к зоне влияния осушительной системы.

1. Граница положительного и отрицательного влияния зависит от типа леса; ареал влияния больше в сосновых лесах, чем еловых, так как ель имеет поверхностную корневую систем. На отметках свыше 1,7 над дренажем такого влияния не прослежено. Снижение прироста в сосняках обнаружено до 2,5

2. Спустя 12--15 лет после создания осушительной системы ослабевает ее влияние на прирост из-за ее "дряхления" и рос придаточных корней. Растения приспосабливаются к ново г уровню почвенно-грунтовых вод.

3. Влияние осушения проявляется на фоне сезонных и многолетних колебаний метеорологических условий. В засушливые го,1 для условий Полесья, Мещерской низменности ареал отрицательного воздействия больше, чем во влажные и умеренно теплые годы.

4. Ширина зоны гидрогеологического влияния на продуктивность лесов на Вожской системе составила 160-250 м. Площадь влияния 450--500 га, или около 70% к площади осушенных болот.

Влияние осушения на луговые комплексы требует длительных стационарных наблюдений за их видовым составом и продукцией фитомассы. Сравнительный анализ видового состава и продукции лугов на разных гипсометрических уровнях (от низинных болот до суходольных лугов) попарно, когда одна из групп расположена в предполагаемой зоне влияния, а другая вне ее, позволил сделать региональные выводы для Мещерской низменности, которые можно экстраполирован, на Полесский род ландшафтов.

1. Размер зоны влияния носит пульсирующий характер. Она больше в сухие годы.

2. Знак влияния на продуктивность дифференцирован по высотным уровням. В целом снижение продуктивности лугов за 15 лет составил 20%. В наибольшей степени снижение фитопродукции происходит на мезофильных лугах, где глубина вод до осушения была 0,2--0,6 м, а в настоящее время -- 0,4--1,0 м.

3. Выявлена четкая дифференциация знака влияния по годам и пределах одного гипсометрического уровня.

4. Изменения в видовом составе лугов в зоне влияния осушитель ной системы свидетельствовали о заболачивании лугов спустя 15 лет после ее создания, что связано с "дряхлением" системы. На это указывает динамика прироста древесного яруса. После реконструкции Вожской системы в середине 80-х годов вновь проявилась тенденции к их ксерофитизации.

Вопрос о взаимоотношении птиц и осушительной мелиорации имеет важное практическое значение. В мире известно свыше 5 тыс. видов насекомых, приносящих вред сельскому хозяйству. Потери урожая т вредителей достигают 20%. Использование птиц как биологическом, экологически чистого средства борьбы с вредителями сельско-хозяйственных культур имеет преимущество прежде всего из-за своей дешевизны и относительно высокой эффективности.

В настоящее время человечество теряет ежегодно один вид птиц, основная причина -- осушение. В Германии, например, 88% видов птиц, находящихся на грани исчезновения, -- представители влажных биотопов. Для Мещерской низменности эта цифра составляет 86%. По Д.М. Очагову, в результате мелиорации птицы испытывают на себе влияние (в целом негативное) следующих факторов: понижение уровня грунтовых под, изменение рельефа земной поверхности и растительного покрова; усиление фактора беспокойства в репродуктивный период; проведение механизированных сельскохозяйственных работ и выпаса скота; применение минеральных удобрений; использование пестицидов.

Видовое разнообразие гнездящихся птиц можно рассматривать как индикатор устойчивости ландшафтов. Это возможно при сохранении и пределах массивов осушения небольших по площади (0,3-0,5 га) тер, заболоченных территорий, лесов и создании лесных полос и кустарниковых насаждений. Сохранение разнообразия биотопов позволяет существенным образом предотвратить негативные последствия осушения. В этом случае снижается численность отдельных видов, а число видов остается прежним.

При проектировании осушительных систем на уровне ОВОС необходимо определить размеры зон влияния и направленность процессов. Размеры поясов и подзон влияния определяются совокупностью физико-географических условий, важнейшими из которых выступают три:

"глубина дренажа, огранительных (ловчих) каналов;

"угол наклона рельефа местности;

"механический состав почвообразующих пород.

По совокупности указанных свойств выделяются четыре вида зон влияния с подвидами (табл. 12).

Вид I формируется в том случае, когда распространение влияния лимитировано двумя или тремя факторами. Зона влияния очень узкая, обычно 30--50 м. Характерна для водораздельных систем средней и южной подзон тайги; для увалистых суглинистых моренных равнин, модно-ледниковых равнин, перекрытых чехлом покровных суглинков; холмисто-моренных равнин с камами и озами.

Формирование зоны II вида характерно для ландшафтов моренных водно-ледниковых песчаных и супесчаных равнин, долинно-зандровых равнин, ландшафтов пойм рек и древнеаллювиальных равнин. И зависимости от лимитирующего фактора выделены три подзоны.

Для ландшафтов плоских зандровых водно-ледниковых, зандровых древнеаллювиальных, плоских вторичных супесчаных моренных равнин характерен III вид зоны влияния. В случае когда территория сложена песками или супесями, склоны пологие и глубина дренажа 1,5-2,5 м, ширина зоны влияния может достигать 1--1,2 км.

Если в одном речном бассейне создано несколько осушительных систем или наблюдается взаимодействие двух или нескольких систем в смежных бассейнах, формируется обширная (до 3--6 км) зона влияния, а изменения касаются ПТК ранга ландшафта и даже провинции. Это IV вид зоны влияния.

Таблица 12

Виды и подвиды зон влияния осушительных систем

Название, размер, м	Лимитирующие факторы	Состав подзон и поясов	Скорость процесса	Отношение площади влияния к осушен ной
I. Очень узкая, до 50м	Уклоны >0,01; глубина дренажа < 1,2 Механический состав пород	Слабая дифференциация на пояса, основной пояс положительного влияния	Малая	0,03-0,10
П. Узкая, средняя, до 300 м	Па. Уклон > 0,01	Четкая дифференциация на укороченные подзоны и пояса	Большая	0,05-0,20 :
	Пб. Механический состав -- суглинки	Четкая дифференциация на подзоны и пояса	Малая и средняя	0,20-0,80'
	Ив. Глубина дренажа < 1,2	То же с небольшим поясом отрицательного влияния	Средняя и большая	0,30-0,50 1
III. Широкая, 0,5-1,2 км	Условно нет	Полный набор подзон и поясов влияния	Большая	0,5-1,00.1
IV. Обширная, до 3-- 6 км	Условно нет	Разорванные и сомкнутые ареалы подзон и поясов, взаимодействие смежных систем	Большая	0,9-3,00

13.4 Экологические последствия оросительных мелиорации

Орошение, как и крупные водохранилища, вносит глубокие изменения в свойства ландшафтов и водных объектов на значительных территориях. Оно влияет на режим и объем стока рек, так как связано изъятием поверхностных и грунтовых вод. Классическим примером выступают реки Амударья и Сырдарья, которые до начала периода интенсивного орошения выносили в Аральское море 56 км3 воды ежегодно, а к концу 80-х годов сток не превышал 10 км3, причем в некоторые годы практически полностью вода разбиралась на орошение. Следствием этого стало сокращение площади Аральского моря с 66,5 тыс. км² в 1960 г. до 37 тыс. км² к 1987 г. За этот период уровень моря упал на 14 м. Причины и сущность Аральской экологической катастрофы проанализированы Н. Ф. Глазовским (1991). Орошение формирует новую гидрографическую сеть. Так, протяженность оросительных систем в СССР достигала 700 тыс. км, а длина коллекторно-дренажной сети в аридной зоне -- около 200 тыс. км, что в 10--15 раз больше длины основных рек этой зоны. В результате сброса дренажных вод образовались новые обширные водоемы -- озера Сарыкамыш, Айдаркуль и др. На "рукотворных" озерах предполагалось создать интенсивное рыбное хозяйство, но высокое содержание пестицидов и минеральных удобрений в водах делают невозможным раз-питие этой отрасли.

Интрузии морских вод в эстуариях. Зарегулирование и уменьшение стока рек вызывает интрузию морских вод в эстуарии. Этот процесс характерен, например, для Днепровского лимана -- устья Днепра. В результате происходит засоление грунтовых вод и почв дельты, повышается содержание в них ионов хлора и натрия.

Изменение климата. Орошение приводит к перестройке структуры теплового баланса. Возрастают затраты тепла на суммарное испарение, которое нередко превосходит энергетические ресурсы региона (затраты тепла на испарение больше величины радиационного баланса). Компенсация энергии осуществляется за счет адвективного фактора. В результате в летнее время температура воздуха понижается на 2-4°, а относительная влажность воздуха возрастает на 10-20%. Специфика местного климата оазисов была изучена еще в середине XX в. С. А. Сапожниковой.

Изменение уровня грунтовых вод, вторичное засоление и осолонцевание почв. Проекты строительства оросительных систем нередко не предусматривали создание коллекторно-дренажной сети, из-за чего повышение уровня грунтовых вод -- типичное явление на массивах эошения и прилегающих территориях. В наибольшей степени этот процесс развит в Узбекистане, Туркмении, на юге Украины, а в РФ в низовьях Дона, на Северном Кавказе.

Наибольшую тревогу вызывает состояние черноземов в районах орошаемого земледелия. Опыт эксплуатации крупных оросительных систем показал, что в результате потерь воды на фильтрацию из земляных каналов, распределителей и временных оросителей происходит подъем уровня грунтовых вод со скоростью 3--4 м/год. Растениями используется лишь 15-20% количества воды, которое забирается в головных частях оросительной системы. При орошении черноземов исходный автоморфный непромывной водный режим сменяется полуавтоморфным промывным при глубине грунтовых вод 2,5-5 м и даже гидроморфным при глубине 1,0--2,5 м. В районах, где в поде лающей четвертичной толще имеются погребенные солевые прослои соли постепенно подтягиваются к поверхности и заселяют верхнии горизонты.

Хотя по мнению ведущих почвоведов массового вторичного засоления в РФ при орошении не существует, однако настораживают мночисленные случаи локального вторичного засоления почв, которые связаны с различными местными факторами: использованием для полива минерализованных вод, слабой естественной дренированностью почвено-грунтовой толщи, наличием линз солей и т.д. Вторичное засолее черноземов зафиксировано на юге Украины, в Ростовской и Волгоградской областях, в Ставропольском и Краснодарском краях.

В качестве важной предупредительной меры против вторичного соления является расчет при проектировании критического уровня грунтовых вод (КУГВ), который был предложен Б. Б. Полыновым. Это глубина залегания грунтовых вод, при которой начинается процесс засоления верхних горизонтов почвы, к которым приурочен корнеобитаемым слой растений. Накопление солей приводит к их гибели. Значение КУГИ функция механического состава пород, который определяет высоту капиллярного поднятия, климатических условий, исходной минерализации поливной воды. Как правило, это глубина 2-2,5 м, а для лессовидных средних и тяжелых суглинков она возрастает до 3--4 м. С ростом минерализации вод для полива КУГВ также возрастает. Стадии развитии вторичного засоления рассмотрены В. А. Ковдой.

В случае, когда в оросительных водах в значительных количествах присутствуют бикарбонаты натрия, может происходить осолонцевание почв.

Применение удобрений на орошаемых землях и широкое использование различных гербицидов и дефолиантов (до 54 кг/га) приводит к загрязнению почв, формирует химический состав дренажного стока. Повторное использование этих вод без предварительной очистки, как правило, невозможно.

Изменение запасов гумуса и физических свойств почв. На орошаемых черноземах запасы гумуса после 20-30-летней их интенсивной эксплуатации сокращаются на 20--30%. Происходит увеличение подвижности гумуса и меняется соотношение гуминовых и фульвокислот в сторону роста доли последних. Снижается окислительно-восстановительный потенциал почв.

При орошении каштановых почв наблюдаются два разнонаправленных процесса. Увеличение поступления мертвой органики способствует увеличению запасов гумуса, а активная деятельность макрофлоры вызывает более ускоренную минерализацию органического вещества. Поданным Г.Г. Бабаева, в Азербайджане в сероземно-луговых темных почвах за 20-25 лет орошения содержание гумуса снизилось с 3-3,5 до 1-2%. 1ри поливах черноземов их структура приобретает пылеватое строение. На поверхности после просыхания образуется плотная слитая корка. Процесс слитообразования сказывается на газовом режиме черноземов; в первую очередь происходит возрастание парциального давления углекислого газа и нарушение карбонатного равновесия. В пахотном и подпахотном горизонтах почвы становятся глыбистыми, происходит изменение агрегированности разрушаются наиболее агрономически ценные агрегаты, возрастает объемный вес верхних горизонтов и меняется общая пористость на 5--10%.

Вблизи каналов происходят глубокие преобразования в растительном покрове и особенно животном мире. Наблюдается замена псаммофильной растительности гидрофитной и фреатофитной. Наблюдается заметное увеличение продукции наземной фитомассы. Так, в зоне влияния Каракумского канала прирост наземной фитомассы увеличился в 17 раз (Л.М. Граве). При распашке и обводнении земель в аридных районах Средней Азии исчезает пятнистый полоз, тушканчики Северцова и малый, корсак, серый ворон, длинноногий еж, резко сокращается численность черепахи, гребнепалого геккона и пипейчатой ящурки. Снижается численность, но возрастает плотность животного населения на нераспаханных участках. Однако наибольшие изменения происходит в результате осушения дельт рек, в частности Амударьи.

В связи с возрастающими объемами проведения оросительных мелиораций в мире экологические последствия от них носят уже не локальный и даже не столько региональный, как крупномасштабный характер.

13.5 Специфика оценки воздействия мелиоративных систем

Наша страна имеет многолетний опыт проведения гидротехнических мелиорации. Их пик пришелся на конец 60-х -- середину 80-х годов XX в. Однако обоснование проектов водной мелиорации, качество водохозяйственного строительства и эксплуатация мелиоративных систем имели часто серьезные принципиальные недостатки, вследствие чего окупаемости финансовых средств не наблюдалось. Перефразируя довольно точное выражение географа В.И. Булатова, следует отметить, что мелиорация как тип геосоциальной деятельности с се затратностью, гигантизмом и отсутствием альтернативных проработок можно рассматривать как дорого оплаченный негативный опыт-эксперимент, проводившийся в Советском Союзе во второй половине XX в.

На этих просчетах следует остановиться, поскольку они в большинстве своем касаются сущности и качества раздела ОВОС и в настоящее время.

1. Ошибочная методология расчета экономической эффектовности, когда расчет валовой продукции велся не по отношению к дополнительно собранному урожаю (в сравнении с естественными, богарными условиями), а исходя из вклада мелиорированных земель в общий объем производства. Не учитывалась также диспропорция закупочных ценах на зерно, хлопок, картофель и другие овощи, что давало искусственно завышенные значения валовой сельскохозяйственной продукции на мелиорированных землях при использовании стоимостных показателей.

2. Сколько-нибудь серьезных проработок альтернативных вариантов не было.

3. Эколого-географической экспертизы проектов мелиорации земель в современном виде еще не существовало. Практика проведение экспертиз на уровне государственных органов была такова, что экспертизе подлежали, как правило, проекты, сметная стоимость которых составляла от сотен миллионов до десятков миллиардов рублей. Сам по себе отдельно взятый проект орошения или осушения редко превышал десятки миллионов рублей. Поэтому такие проекты проходили лишь согласование в областных и районных организациях по охране природы.

4. Экологические и другие побочные последствия водных мели раций, включая снижение биологической продуктивности на прилегающих к мелиоративным системам землях, падение уловов рыбы, рост заболеваемости населения в результате размножения переносчиков болезнетворных организмов или применения дефолиантов и практически не учитывались при определении эффективности мелиораций.

5. Низкое качество проектирования и водохозяйственного строительства, сдача объектов с недоделками и отступлением от проекта приводили к тому, что в стране параллельно шло два процесса: ввод в строй новых объектов гидромелиорации и списывание эксплуатировавшихся объектов, потерявших частично или полностью свой производственный потенциал из-за засоления почв, выхода из строя дренажа, сработки торфяника и т.д.

6. Неудовлетворительная эксплуатация оросительных систем заключалась в завышенных нормах полива примерно на 50% против уровня, обеспечивающего максимально полную отдачу воды.

7. Низкая окупаемость капитальных вложений в осушительную мелиорацию в Нечерноземной зоне РФ была во многом обусловлена дефицитом рабочей силы из-за неразвитости социально-экономической инфраструктуры, в том числе дорожно-транспортной сети, и неблагоприятной демографической ситуацией.

Не останавливаясь на общей структуре и содержании томов по ОВОС, охарактеризуем наиболее важные положения оценки воздействия для двух важнейших подтипов водных мелиорации.

Осушительные и осушительно-увлажнительные системы

В основе обоснования в проведении комплексных гидротехнических мелиорации лежит, во-первых, фактор устойчивого спроса на ожидаемую сельскохозяйственную продукцию; во-вторых, фактор экономической целесообразности (рентабельности) ее получения и реализации. На данном этапе прорабатываются альтернативные варианты достижения поставленной цели. При выборе подтипа мелиорации хорошо зарекомендовал себя метод гидротермических коэффициентов Г.Т. Селянинова, А.М. Алпатьева, М.И. Будыко, П.И. Колос-кова, Д.И. Шашко и др. Все они в той или иной степени дополняют ируг друга и характеризуют режим тепла и влаги либо за вегетационный период, либо за год в целом.

На основе анализа причин переувлажнения земель (типов водного мигания), гидрогеологических, геоморфологических, почвенно-ботанических свойств предполагаемых к осушению ландшафтов выбирают виды и способы мелиорации:

· закрытый дренаж;

· открытые каналы;

· искусственные ложбины;

· ловчие каналы и дрены;

· кротовый дренаж;

· кротование;

· агромелиоративные мероприятия (узкозагонная вспашка, глубокое рыхление);

...