Мещерский научно-технический центр +7 (4912) 27-50-76
г. Рязань, ул. Типанова, д. 7. mail@mntc.pro

Объекты регулирования водного режима почв

Земли, требующие осушения, подразделяются на три группы: болота, заболоченные земли и земли с переувлажненными минеральными почвами.

Болота-часть земной поверхности, на которой избыточное увлажнение при недостатке воздуха привело к развитию характерной для торфообразования влаголюбивой растительности и к процессу накопления полуразложившегося органического вещества-торфа мощностью не менее 30 см. в неосушенном состоянии

Заболоченные земли представляют собой начальную (первую) стадию образования болот при помощи торфа 30 см. избыточное увлажнение здесь способствует развитию влаголюбивой растительности.

Причины образования болот и заболоченных земель могут быть зональные и местные. Болота и заболоченные земли образуются за счет заболачивания суши и зарастания озер и водоемов. Особенно интенсивно заболачивание суши отмечается в понижениях рельефа, а также поймах рек, при скоплении и застаивании поверхностного стока, высоким стоянием уровня грунтовых вод или выплывания их на поверхность.

В зависимости от условий водного питания и запаса питательных веществ, а также от стадии процесса заболачивания в природных условиях различают три типа болот : низинные, верховые и переходные болота.

Низинные болота образуются обычно в поймах рек, в нижних пологих частях склонов и других понижениях. Питаются они атмосферными осадками, водами поверхностного стока, паводковыми водами при разливах рек, а также почвенно-грунтовыми водами. Эти болота богаты минеральными (зольными) веществами. Травяной покров представлен в основном осоками и разнотравьем, из мхов , поэтому низинные болота называют также травяно-очаковыми и травяно-гипновыми. Из древесной растительности на низинных болотах растут: береза, ольха, ива и др.

Переходные болота по характеру питания, геоморфологии и другим условиям занимают промежуточное положение между низинными и верховными типами болот. Образуются они в верхних и средних частях склонов. Растительность их представлена главным образом торфяно-гипновыми видами. Зольное и водное питание обычно получают от выклинивающихся на поверхность грунтовых вод.

Верховые болота образуются на водораздельных пространствах сложенных слабопроницаемыми грунтами. Питаются они атмосферными осадками. Грунтовые воды здесь залегают глубоко от поверхности. Растительный покров представлен сфагновыми мхами, редкими угнетенными деревьями, травами. Имеют бедное минеральное питание. Зольность торфа составляет от 2 до 5%.

Для сельскохозяйственного использования наибольшую ценность представляют низинные болота, расположенные в поймах рек и озер. Переходные болота в сельскохозяйственном плане используются редко и служат для добычи торфа на топливо, что касается верховых болот, то они в сельскохозяйственном производстве практически не используются. Они большое значение имеют как водонакопители и обводнители прилегающих территорий.

Почвы, не имеющие на поверхности торфяного слоя, но на которых отличается избыток влаги от атмосферных осадков, грунтовых и талых вод в течение продолжительного периода называют избыточно увлажненными минеральными землями. Избыточно увлажненные минеральные земли обычно представлены бесструктурными тяжелыми по гранулометрическому составу почвами. Главной причиной переувлажнения тяжелых слабоводопроницаемых почв является застой воды на поверхности вследствие превышения атмосферных осадков над суммарным испарением. Как правило, избыточное увлажнение наблюдается при сумме годовых осадков 500-600 мм и более. К другим причинам переувлажнения можно отнести близкое залегание грунтовых вод или их выход на поверхность, а также затопление понижений в весенний период разливами рек или в период летних ливневых осадков.

Минеральные постоянно или временно избыточно увлажненные земли чаще всего представлены подзолистыми, дерново-подзолистыми, дерновыми и другими почвами. Бесструктурные песчаные и супесчаные почвы переувлажнены обычно там, где они маломощны и подстилаются маловодопроницаемыми подпочвами, кроме того, на участках, где уровень грунтовых вод стоит высоко и имеют место малые уклоны.

Основные водно-физические свойства переувлажненных почв приведены в таблице 1.

Почва и грунт Плотность сложения, г/см3 Пористость, % Наименьшая влагоемкость, % от объема Высота капилярного подъема, см Водоотдача метрового слоя, %
Торф верховой 0,08-0,13 90-95 65-70 60-70 2-10
Торф низинный 0,2-0,30 80-90 55-60 60-90 8-14
Песок мелкозернистый 1,6-1,7 35-40 12-18 10-20 6-15
Супесь 1,4-1,6 40-45 15-20 40-60 6-15
Суглинок 1,4-1,5 45-50 25-30 100-150 1-6
Глина 1,5-1,8 35-45 30-35 200-300 0,007-0,005

Для правильного осушения избыточно увлажненных земель необходимо в первую очередь выяснить тип водного питания территории, который определяется основным источником переувлажнения почвы. Он зависит от климатических, геологических, гидрогеологических, гидрологических, почвенных и других условий объекта мелиорации.

Эти условия определяют количество и состав избыточной воды. Выделяются пять типов водного питания земель: атмосферный, грунтовый, грунтово-напорный, склоновый, намывной (аллювиальный), которые показаны в таблице 2.

Тип водного питания Причины переувлажнения Подтип водного питания
Атмосферный Атмосферные осадки, застой воды на поверхности
Грунтовый Высокое залегание уровней грунтовых вод Поток грунтовых вод со склона, поток фильтрации, вод из реки и прочих водоемов
Грунтово-напорный Высокое залегание уровней напорных и грунтовых вод Выклинивание подземных вод на поверхность, капиллярное заболачивание.
Склоновый (делювиальный) Приток поверхностных вод со склонов
Намывной (аллювиальный) Периодическое или постоянное затопление паводковыми водами Затопление пойменных земель, затопление речных дельт, затопление земель водохранилищами

Каждый из указанных типов  водного питания избыточно увлажненных земель имеет свои характерные особенности. Для атмосферного типа водного питания характерны: водораздельно-равнинный рельеф, большая шероховатость поверхности, большое количество атмосферных осадков и малое испарение, незначительная величина стока, застаивание воды на поверхности и в почвенном слое.

Для грунтового типа водного питания характерны: низинный характер рельефа, значительная водопроницаемость почвы, высокий уровень стояния грунтовых вод, большая водосборная площадь притока грунтовых вод. Для грунтово-напорного типа водного питания характерными является сосредоточенный выход грунтовых вод на поверхность и пластовое подпитывание напорными водами.

Намывное русловое питание встречается исключительно в поймах в период затопления поводковыми водами и в период разлива рек (аллювиальное питание) и при наличии поверхностного притока воды с вышележащих водосборов (делювиальное питание).

Источники водного питания и причины избыточного увлажнения могут быть различными. При осушении земель важно установить эти причины, с целью научно-обоснованного составления проекта мелиорации объекта осушения. Количественную оценку типов водного питания устанавливают на основе уравнений водного баланса. При этом в приходные статьи баланса входят атмосферные осадки, приток воды со стороны реки в период разлива, приток с прилегающего водосбора, а также от напорных или близкозалегающих  к дневной поверхности грунтовых вод. Расходные элементы баланса включают испарение с поверхности почвы и из грунтовых вод, транспирацию влаги растительностью, поверхностный сток за пределами осушаемого массива и отток грунтовых вод. В случае превышения прихода воды на территорию над её расходом происходит переувлажнение почв.

Отношение прихода влаги к ее расходу характеризуется коэффициентом влагообеспеченности, который для осушаемых земель буде больше единицы. Чем больше этот коэффициент, тем больше переувлажнена почва.

Рассмотрим в отдельности слагаемые баланса поверхностных грунтовых вод, а также водный баланс заболоченного массива при смешанном водном питании.

Уравнение баланса поверхностных вод имеет вид: ΔV=P+V-(W1+E+S), где ( P+V) – приход воды; (W1+E+S) – расход воды.

Уравнение баланса почвенно-грунтовых вод массива следующее: ΔW=[W1+(G+A)]-(O1+E1), где W1+(G+A) – приход воды;

(O1+E1) – расход воды; ΔV – прибыль или убыль запаса поверхностных вод за рассматриваемый период;

ΔW- тоже, почвенно-грунтовых вод;

Р – атмосферные осадки, выпавшие на осушаемую площадь за рассматриваемый период;

V – приток поверхностных вод на данную площадь извне;

W1 – количество поверхностных вод поглощенных почвой;

Е – объем испарившихся поверхностных вод;

S – отток поверхностных вод;

G – приток грунтовых вод на данный массив за рассматриваемый период;

А – приход за счет конденсации влаги из атмосферы;

О1 – отток почвенно-грунтовых вод с территории;

Е1 – расход почвенно-грунтовой воды на испарение и транспирацию.

Уравнение водного баланса заболоченного массива при поверхностно-грунтовом водном питании имеет вид: ± ΔV± ΔW= P+V+G+A – (E-E1+O1+S), где  P+V+G+A – расход воды на участок; E-E1+O1+S – расход воды с осушаемого массива.

Суммарное водопотребление растений, выращиваемых на осушаемых землях, имеет вид:

М=У*Квод-К+(Р+S)+ ΔW, м 3 \га, где У – проектный урожай, ц\га;

Квод – коэффициент водопотребления , т.е. расход воды н единицу урожая, м3\ц;

К – количество воды, расходуемого за счет капиллярного поднятия грунтовых вод, м3\га;

(P-S) – приход влаги за счет атмосферных осадков за вычетом стока их в период выпадения дождя, м3\га;

ΔW – (Wпос-Wуб) – используемые запасы влаги в почве от осенне-зимне-весенней влагозарядки, м3\га.