5. Водный баланс и гидрологический режим болот

Водный баланс болота, как и других водных объектов суши, складывается из приходной части, включающей атмосферные осад­ки х, приток поверхностных у_] и подземных (грунтовых) вод w_{, и из расходной части, включающей испарение z, поверхностный у₂ и подземный w₂ отток. За интервал времени At в болоте может произойти накопление воды или ее сработка (±Ди).

С учетом сказанного общее уравнение водного баланса болота выглядит следующим образом:

х + у_х + w, = z + y₂ + w₂±Au. (9.2)

Для верхового болота члены у_} и w, (болото питается лишь атмосферными осадками) равны нулю.

Изменение запаса воды в болоте ±Ди может быть представлено как изменение уровня грунтовых вод в торфяной залежи:

Аи = аАН, (9.3)

где а равно либо водоотдаче ц (при снижении уровня грунтовых вод), либо дефициту влажности d (при повышении уровня). Значе­ние а определяют точно так же, как для любого грунта (см. разд. 5.5), и выражают в долях единицы.

Поскольку ц и d в различных частях болота различны, суммар­ное изменение запаса влаги в деятельном слое болота определяется как средневзвешенная величина:

Аы = [1(а,АН^)]/Р, (9.4)

где F, — площадь каждого отдельного болотного микроландшафта; F— полная площадь болота.

Источниками питания болот служат, таким образом, атмосфер­ные осадки, поверхностный и подземный сток из-за пределов бо­лота. У верховых и низинных болот соотношение этих источников питания различное: верховые болота питаются в основном атмосфер­ными осадками, низинные — поверхностными и подземными (грун­товыми) водами.

Главная статья расходования воды в болотах —это испарение ^с поверхности болота, включая транспирацию растительностью. Вклад испарения в расходование воды с болота достигает 100 % для низинных бессточных болот котловинного залегания в аридной зоне и составляет около 50 % для болот в северных районах избыточного увлажнения.

Величина испарения с болот зависит от климатических усло­вий, в целом возрастая с уменьшением широты местности, от типа болота (евтрофные болота испаряют воды больше, чем олиготроф- ные), от высоты стояния уровня болотных грунтовых вод и содер­жания воды в болоте (при высоком влагосодержании величины испарения могут приближаться к величинам испаряемости).

Наибольшее количество воды испаряют болота в условиях су­хого субтропического климата. С плавней в дельтах ряда рек испа­ряется в год до 1300 мм воды. Много воды испаряют заболоченные тропические леса. В условиях умеренного климата наибольшее количество воды испаряют сфагново-осоковые и лесные топи (до 600 мм за лето), наименьшее — сфагновые болота с кустарнич­ками (до 300 мм за лето). Много испаряют лесные болотные мик­роландшафты, меньше — моховые. Косвенный показатель испаре­ния — более низкий уровень грунтовых вод в летнее время в лес­ных болотах. Испарение с мочажин обычно на 40—60 % превышает испарение с гряд. В целом в зоне избыточного увлажнения испа­рение с низинных болот превышает испарение с верховых болот на 10-15 %.

Соотношение составляющих водного баланса болота изменя­ется во времени. Изменение условий питания и расходования влаги в болоте приводит, согласно уравнению водного баланса, к колебаниям уровня грунтовых вод, который обычно находится близко от поверхности болота и быстро реагирует на изменения составляющих водного баланса. Это и определяет водный режим болот.

Для торфяных болот в условиях умеренного климата (север и центр Европейской территории России) типичны следующие изме­нения составляющих водного баланса и сопутствующие изменения водного режима болот. В весеннее время идет пополнение запасов влаги в основном в результате снеготаяния. Уровень болотных грунтовых вод весной повышается, достигая максимальных значе­ний обычно в апреле — мае. В летнее время происходит расходова­ние влаги в основном путем испарения и частично стока. Мини­мальные уровни болотных грунтовых вод наблюдаются в июле — сентябре. Зимой происходит некоторое расходование запасов влаги, однако оно очень невелико (испарение практически отсутствует, сток снижается почти до нуля вследствие промерзания деятельного слоя на всю его глубину или значительного снижения уровня грун­товых вод). Минимальные уровни болотных грунтовых вод наблю­даются в феврале — начале марта. Некоторое пополнение запасов влаги в болоте и сопутствующее повышение уровня грунтовых вод наблюдаются осенью в период дождей. Типичный график колеба­ний уровня грунтовых вод в болоте приведен на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Сезонные колебания уровня грунтовых вод относительно по­верхности болота в условиях умеренного климата (по К. Е. Иванову)

Высота стояния уровня грунтовых вод и его колебания зависят от типа болотных микроландшафтов и рельефа поверхности болота. Наиболее низкий уровень грунтовых вод в лесных болотных мик­роландшафтах. Средний уровень грунтовых вод в пониженных эле­ментах рельефа на 30—40 см ниже поверхности болота. Здесь же наблюдаются и наибольшие колебания уровня грунтовых вод в тече­ние года (до 60—75 см при средней величине 45—55 см). С умень­шением высоты и густоты древостоя средний уровень грунтовых вод повышается, и величина колебаний уменьшается.

На моховых болотах (без древесной растительности) уровень грунтовых вод наиболее высокий, а размах его колебаний в течение года наименьший.

Тепловой режим торфяных болот помимо климатических усло­вий в значительной степени зависит от водно-тепловых свойств торфа и минеральных грунтов. Особенно важную роль играет теп­лоемкость и теплопроводность торфа, зависящие, в свою очередь, от соотношения объемов органического вещества, воды и воздуха в торфяной залежи. Чем больше содержание воды в торфе, тем боль­ше его теплоемкость и тем медленнее он нагревается и остывает.

С глубиной колебания температуры торфяной залежи ослабе­вают. В условиях умеренного климата суточный ход температуры в деятельном слое торфяного болота заметен лишь до глубины 15— 25 см, а сезонные колебания температуры — до глубины 3—3,5 м. На глубинах, превышающих 35—40 см и 4—5 м, соответственно суточные и сезонные изменения температуры обычно отсутствуют.

Величина и суточных и сезонных колебаний температуры в тор­фяном болоте меньше, чем в минеральном грунте, и уменьшается с увеличением влажности грунта. Непосредственно на поверхности болота суточные колебания температуры вследствие малой переда­чи теплоты в глубь торфяной залежи могут быть очень велики, что способствует повышенному испарению в дневные часы и ранним осенним заморозкам в ночные часы.

Замерзание болот в условиях холодного и умеренного климата наступает через 15—17 дней после устойчивого перехода температуры

воздуха через О °С, т. е. болота замерзают позже небольших озер и рек. Наиболее интенсивно торфяная толща промерзает при не­большой толщине снежного покрова. К концу зимы толщина мер­злого слоя торфа на грядах в среднем в 1,5 раза больше, чем на мочажинах. Максимальная толщина мерзлого слоя на крупно-буг- ристых торфяниках — до 60—65 см.

На Европейской территории России толщина мерзлого слоя торфа на болотах возрастает с запада на восток, что объясняется понижением температуры воздуха, увеличением длительности зим­него периода и уменьшением толщины снежного покрова в этом направлении.

Оттаивание болот помимо климатических условий зависит от толщины мерзлого грунта, толщины снежного покрова и поэтому протекает различно в разных болотных микроландшафтах.