1.5. Потребность в различных мелиорациях по климатическим зонам. Водный баланс мелиорируемых территорий

При выделении мелиоративных зон, районов отдельных объектов осушения и орошения внутри крупных природных зон учитывают климат, ландшафт, почвенно-гидрологические условия.

С зональностью увлажненности связаны территории с высокими уровнями грунтовых вод. По степени увлажнения выделяют избыточно-увлажненную и увлажненную, умеренно-увлажненную, засушливую и сухую климатические зоны.

При определении зон различного увлажнения А.Н.Костяков использовал коэффициент водного баланса

К=µР/Е; (1.5.1)

где Р - осадки за год, мм; µ - коэффициент использования осадков, мм.

Европейскую часть территории СССР А.Н.Костяков разделил на три крупные зоны: При К>1 - избыточного увлажнения; К=1 - неустойчивого увлажнения; при К<1 - недостаточного увлажнения (рис.1.5.1).

Рис.1.5.1. Зоны избыточного (1), неустойчивого (2) и недостаточного (3) увлажнения (по А.Н.Костякову)

В основу характеристики территории по увлажненности Д.И.Шишко (рис.1.5.2) положил соотношение осадков Р и суммарного дефицита влажности воздуха

К=Р/Σd; (1.5.2)

где Σd – сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха.

Рис.1.5.2. Карта влагообеспеченности территории СССР по Д.И.Шишко 1 – избыточно увлажненная зона; 2 – увлажненная; 3 – умеренно увлажненная; 4 – засушливая; 5 – сухая зона.

В пределах одних и тех же зон различное положение уровней грунтовых вод в естественном состоянии зависит от условий разгрузки, что связано с геологическими, гидрологическими условиями и рельефом местности, в этом отношении различают следующие группы территорий (табл. 1.5.1):

Таблица 1.5.1.

Характеристики территорий по степени дренирования

Территории	Подземный отток, мм/год
Интенсивно дренированные	>500
Дренированные	300-500
Слабо дренированные	150-300
Весьма слабо дренированные	50-150
Практически бессточные	<50

Заболоченные территории в РФ занимают значительные площади: в Западной Сибири они составляют 50-70%, на севере и северо-западе европейской части РФ – 40%.

Водный баланс мелиорируемых территорий

Для определения потребности в осушении или орошении конкретной территории в пределах выделенной климатической зоны пользуются методом водного баланса, основные принципы которого формулируются следующим образом.

Приходными факторами водного баланса территории за рассматриваемый период в естественных условиях являются: 1) атмосферные осадки Р; 2) поверхностные воды V, поступающие на этот массив извне в результате притока со стороны; 3) приток грунтовых вод или фильтра­ционных вод G в пределы данного массива; 4) конденсация в почве атмосферной влаги А.

Грунтовые воды на данный массив могут поступать за счет притока грунтовых вод с соседних вышележащих массивов, за счет фильтрации воды из расположенных выше водоемов, рек, каналов.

Расходными факторами водного режима территории являются: 1) испарение влаги Е с данного массива, слагающееся из: а) испарения воды почвой и с водной поверхности и б) транспирации влаги растениями; 2) сток поверхностных вод S с данного массива; 3) отток почвенно-грунтовых вод Q за пределы данного массива.

Отток грунтовых вод с данного массива может происходить в резуль­тате водоотводящего действия расположенных на нем водоприемников - рек, оврагов, дрен, за счет бокового растекания грунтовых вод в сторону соседних массивов и за счет инфильтрации почвенно-грунтовых вод из данного массива в подстилающие его водоотводящие слои - галечники, трещиноватые породы (если таковые имеются).

Водный баланс данного земельного массива за рассматриваемый период времени можно выразить следующим уравнением (в приведенных обозначениях):

W + V = (P + V-S) + (G + A-Q)-E; (1.5.3)

где W — прибыль (или убыль) запаса почвенно-грунтовой воды в опреде­ленной толще грунта данного массива;

V — прибыль (или убыль) поверхностной воды на данном массиве.

Это уравнение дает общий баланс поверхностных и почвенно-грунтовых вод на данном земельном массиве, так как запасы тех и других в гидрологическом отношении связаны между собой.

Баланс почвенно-грунтовых вод за рассматриваемый период можно выразить следующим уравнением:

W=(P + V-S₁) + (G + A-Q)-E₁; (1.5.4)

где E₁ —величина испарения влаги из почвы, т. е. самой почвой и расте­ниями;

S₁ — сток всей поверхностной воды за данный период без остатка, т. е.

S₁ = S + V + E-E₁. (1.5.5)

В зависимости от значения слагающих водный баланс элементов изменение запаса воды в толще почвогрунта W может быть положительным или отрицательным.

Если значение W положительно, запас воды в толще почвогрунта в конце рассматриваемого периода W+W (где W — запас в начале периода) повышается. Если, наоборот, значение W отрицательно, то вышележащая толща почвогрунта иссушается, т. е. в нем уменьшается содержание влаги и при неглубоком залегании грунтовых вод их уровень снижается.

Поднятие уровня грунтовых вод повышает содержание влаги в данной толще почвогрунта; обратно, понижение уровня грунтовых вод снижает содержание влаги в ней.

В условиях недостаточного увлажнения, когда естественный водный режим почвы складывается под влиянием превышения расходных факторов (главным образом испарения Е) над приходными (главным образом осадки Р), величина W в предыдущем уравнении баланса почвенно-грунтовых вод имеет отрицательное значение и верхние слои почвы иссушаются, а содержание солей в них - концентрация почвенного раствора - повышается.

В условиях избыточного увлажнения, когда естественный водный режим почвы складывается под влиянием превышения приходных факторов над расходными, величина W в уравнении баланса почвенно-грунтовых вод имеет положительное значение, и содержание влаги в верхних слоях почвы увеличивается, и соответственно повышается уровень грунтовых вод.

Комковатая структура почвы, способствующая лучшему поглощению влаги и уменьшающая испарение с поверхности почвы, в условиях недостаточ­ного увлажнения обеспечивает более полное усвоение атмосферных осадков и более прочное сохранение запасов влаги в почве. Снижая капиллярность почвы, комковатая структура уменьшает поступление солей в верхние слои почвы. В условиях избыточного увлажнения комковатая структура почвы, увеличивая аэрацию, водопроводпмость и снижая капиллярность почвы, ускоряет удаление избытков воды из верхних слоев почвы, снижает поступление в них капиллярной влаги от грунтовых вод и способствует, таким образом, поддержанию нормального содержания влаги и воздуха в верхних слоях почвы и, следовательно, улучшению микробиологического и питательного режимов почвы.