Мелиоративное воздействие - Экология геологической среды

Разнообразны формы загрязнения геологической среды в районах мелиоративного освоения. Фильтрационные воды из водохранилищ и каналов распространяются на глубины до сотни метров и на десятки километров по латерали, сильно изменяя водно-солевой режим территорий.

Грандиозные мелиоративные работы, во время которых в Беларуси было осушено около 3 млн га болот и заболоченных земель, привели к коренной перестройке процессов формирования режима и баланса подземных вод.

На большей части существующих мелиоративных систем из-за их технического несовершенства не удается обеспечивать поддержание оптимальных уровней грунтовых вод. Как следствие в зоне Белорусского Полесья в пределах мелиоративных систем переосушено от 20 до 60 % их площади. В засушливые годы уровни грунтовых вод снижаются до 1,5-2,0 м. Снижение уровней грунтовых вод на прилегающей к мелиоративным системам территории в зоне Полесья прослеживается на расстоянии до 3-4 км. В центральных и северных районах Беларуси, где в составе покровных отложений преобладают супеси и суглинки, зона влияния значительно меньше и составляет 0,1-0,8 км. В результате произошло обмеление поверхностных водотоков и снижение уровня грунтовых вод на больших площадях (на 0,7-1,5 м непосредственно на осушенных массивах и на 0,5-1 м на прилегающих землях). Установлено, что в результате осушительной мелиорации в Белорусском Полесье глубина залегания уровня грунтовых вод существенно превышает норму осушения: во влажные годы почти в 1,5 раза, в засушливые - в 3 раза. Нарастающее иссушение территории достигло водоразделов и охватило практически весь полесский регион. Дефицит водных ресурсов на осушенных землях достигает 3,6-4,2 млрд м3, что составляет 20-30 % годового стока р. Припять в домелиоративный период.

Осушительная мелиорация оказывает существенное влияние на формирование баланса грунтовых вод. При снижении среднегодового уровня грунтовых вод с глубины от 0,3-0,5 м до 1,5-2,0 м происходит резкое сокращение испарения. Инфильтрация начинает преобладать над испарением, а боковой отток над притоком. Это обусловливает формирование слоя подземного стока, величина которого в песчаных грунтах (именно они преобладают в зоне Полесья) может достигать 100-130 мм. Вследствие этого усиливается подземный сток в реке и водность песчаных грунтов возрастает. В то же время почвы в пределах таких мелиоративных систем испытывают острый дефицит влаги.

По итогам балансовых расчетов доказано, что поддержание проектной нормы осушения (порядка 0,8 м ниже поверхности земли) и оптимального водно-воздушного режима в почвенном слое невозможно без дополнительной подачи воды на увлажнение из источника, находящегося вне мелиоративной системы. В пределах бассейна Припяти при условии поддержания уровня воды в среднем на глубине 0,8 м от поверхности земли дополнительное увлажнение почвенного слоя потребует 40-60 мм слоя воды (400-600 м3/га). В засушливые годы потребность в воде возрастает до 1000 м3/га. Во влажные годы возникает необходимость сброса воды с мелиоративной системы до 300-400 м3/га. На мелиоративных системах, построенных на супесчаных грунтах, для поддержания оптимального водно-воздушного режима потребуется около 500 м3 воды на каждый гектар.

На существующих мелиоративных системах уровни грунтовых вод в большинстве случаев располагаются не только ниже нормы осу-

Шения, но и ниже критических глубин залегания. Вследствие этого на системах формируется дренажный сток в реки от 800 до 1500 м3/га, увеличивающий их водность. Так, среднегодовой сток р. Припять - главной водной артерии Полесья - с начала интенсивного мелиоративного строительства в этом регионе возрос с 331 (1970 г.) до 446 м3/с (1989 г.), т. е. на 35 %. Вместе с тем расчеты показывают, что для поддержания на всех существующих в бассейне р. Припять мелиоративных системах (1,4 млн га) оптимальных водно-воздушных условий в корнеобитаемом слое в засушливые годы потребуется не только привлечение этого современного избыточного дренажного стока, но и дополнительных водных ресурсов в количестве 1,4 млрд м3 в год, что составит около 24 % среднегодового расхода Припяти (Мозырь).

Осушение огромных массивов болот и заболоченных земель, интенсивное их сельскохозяйственное использование, широкое применение удобрений - все это приводит к формированию совершенно новых геохимических качеств подземных вод в пределах освоенных территорий.

Многолетние режимные гидрогеологические наблюдения (1976-1995), проводившиеся в пределах Лельчицкого гидрогеологического стационара на болотных массивах различных генетических типов сначала в естественных (до начала мелиоративных работ), а затем в нарушенных (после осушения) условиях, показали, что резкое изменение гидродинамических условий в результате осушения приводит к существенной перестройке геохимических процессов, формирующих состав подземных вод, и в первую очередь к изменению геохимических условий миграции химических элементов с переменной валентностью (Fe, S, Mn и др.). Резко изменяются газовый состав вод (О2 и СО2), величины Eh и pH.

В послемелиоративный период заметно изменяется и макрокомпонентный состав грунтовых вод. Процесс собственно осушения сопровождается ростом минерализации главным образом за счет ионов SO, и реже Сульфат-ион - наиболее характерный компонент грунтовых вод осушенных земель. Вследствие его накопления (до 200-240 мг/л) грунтовые воды приобретают вместо гидрокарбонатно-кальциевого сульфатно-кальциевый состав, ранее совершенно не характерный для пресных подземных вод Полесья. Накопление сульфат-иона в водах обусловлено окислением органического вещества торфа и сульфидных минералов железа (пирит и гидротроилит) в связи с усиленной аэрацией торфяной залежи после осушения. В результате совместного накопления в грунтовых водах ионов Ca и SO и соответственно роста насыщенности вод по гипсу в отдельные засушливые периоды при интенсивном капиллярном подтягивании вод возможно выпадение на поверхности мелиоративных торфяников этого минерала в виде тонких налетов. Однако запасов серы в торфяниках немного, поэтому реальной опасности загипсования почв на осушенных болотных массивах Белорусского Полесья не существует. Отметим, что если для осушенных торфяников процесс накопления сульфат-иона в грунтовых водах - характерное явление, то на мелиоративных системах, выбывших из эксплуатации, наблюдается обратный процесс, т. е. постепенное сокращение содержания сульфат-иона в грунтовых водах вследствие формирования восстановительной обстановки в условиях подъема уровня грунтовых вод.

Накопление в водах ионов Ca и Mg определяется процессами разрушения осушенного торфа (его органической составляющей) и связанного с ними снижения емкости поглощения торфяных почв. Происходит вынос Ca и Mg, первоначально содержащихся в торфе преимущественно в ионообменной форме. Исключение могут составлять случаи карбонатной минерализации в торфяниках. Увеличение содержания Ca и Mg при прочих равных условиях способствует росту значения рН и как следствие сдвигу карбонатного равновесия в сторону образования гидрокарбонат-иона с соответствующим накоплением его в воде.

Помимо рассмотренных выше процессов, протекающих в осушенной торфяной залежи, рост содержания таких компонентов, как НСО, Ca и Mg может быть обусловлен усилением потока напорных вод, причем подток напорных подземных вод в послемелиоративный период на отдельных системах может достигать 100-128 мм в год и проявляться в нижней части горизонта грунтовых вод, находящейся ниже зоны дренирующего влияния осушительных каналов. В верхней же части горизонта преобладает нисходящее и латеральное движение вод к дренам. В условиях промывного режима в верхней зоне изменения в гидрогеохимической обстановке обусловлены лишь процессами, происходящими собственно в торфяной залежи.

При исследованиях на осушительных системах особого внимания заслуживает изучение поведения в грунтовых водах железа, поскольку с ним связаны такие негативные процессы, как кольматация гидроксидом железа дренажных труб и фильтров скважин вертикального дренажа, ожелезнение приповерхностной толщи осушаемых торфяников вследствие капиллярного подтягивания грунтовых вод и др. В естественных условиях на неосушенных болотных массивах наблюдаются значительные сезонные колебания концентрации железа (Feи Fe) в грунтовых водах, определявшиеся главным образом их уровенным режимом. Концентрация железа изменялась от 0,1-0,5 мг/л при самых высоких положениях уровня до 8-10 мг/л и более в межень при снижении уровня грунтовых вод до глубины 0,5-0,7 м. В этот период вследствие ухудшения взаимосвязи с атмосферой отмечалось сокращение концентрации кислорода в верхней зоне грунтовых вод с 3-5 до

0,5-1,0 мг/л, что способствовало формированию восстановительной обстановки, благоприятной для накопления в водах закисного железа. При осушении болотных массивов резкое снижение уровней грунтовых вод сопровождалось первоначально значительным ростом концентрации железа, достигавшим 10-18 мг/л и более при снижении уровней до 1,0-1,5 м. В этот период кислород в водах практически отсутствовал либо обнаруживался в концентрациях 0,5-0,8 мг/л. Наиболее отчетливо рост содержания железа проявляется на низинных, особенно пойменных торфяниках, что связано с большими запасами в них суммарного железа в различных формах по сравнению с верховыми торфяниками.

Похожие статьи




Мелиоративное воздействие - Экология геологической среды

Предыдущая | Следующая