В. И. Желязко, Т. Д. Лагун мелиорация, рекультивация и охрана земель


Природно-техногенные комплексы и инженерные



страница3/19
Дата13.05.2018
Размер4.22 Mb.
#18115
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

1.2. Природно-техногенные комплексы и инженерные

системы природообустройства
1.2.1. Техногенно измененные геосистемы
Новые техногенные или антропогенные объекты физически входят в ландшафт, становятся его элементами, но ландшафт остается при-родной системой.

Новые элементы, внедряемые человеком в ландшафт (пашни, сооружения, техногенные выбросы), не вытекают из структуры ландшафта, не обусловлены им и по этой причине оказываются чужеродными элементами, не свойственными конкретному ландшафту.

Поэтому ландшафт стремится отторгнуть их или «переварить», модифицировать.

Вследствие этого, во-первых, необходимы постоянные затраты человеком труда и ресурсов на поддержание таких элементов, необходимы уход, ремонт, реконструкция; во-вторых, для повышения устойчивости внедряемых элементов человек должен максимально уменьшать их «чужеродность» для ландшафта.

Устойчивость техноприродных систем вступает в противоречие с устойчивостью природной системы.

Если природная система старается возвратиться в «первобытное» состояние, то человек заинтересован в устойчивости техноприродных систем.

Критерии устойчивости в обоих случаях противоположны.

Если зарастание пашни служит критерием устойчивости геоси-стемы как природного образования, то этот же процесс рассматривают как свидетельство неустойчивости уже техноприродной системы, в данном случае – агрогеосистемы, назначение которой – поддерживать заданные свойства пашни для получения требуемого урожая опре-деленных культур.

Без поддержки человека осушительная система приходит в негодность (мелеют каналы, заиляются и зарастают корнями дрены и т. п.), разрушаются плотины и гидротехнические сооружения.

Следовательно, природная геосистема восстанавливает свой естественный водный режим, который был до осушения, и это есть критерий ее устойчивости.

С точки зрения техноприродной системы эта же ситуация является признаком ее неустойчивости.

Измененные человеком геосистемы, как правило, менее устойчивы, чем первичные, поскольку естественный механизм самореулирования в них нарушен.

Ландшафты по степени их изменения подразделяют:

– на условно неизмененные, которые не подверглись непосредст-венному хозяйственному использованию и воздействию, в них можно обнаружить лишь слабые следы косвенного воздействия, например, осаждение техногенных выбросов из атмосферы в нетронутой тайге, в высокогорьях, в Арктике, Антарктике;

– слабоизмененные, подвергающиеся преимущественно экстенсив-ному хозяйственному воздействию (охота, рыбная ловля, выборочная рубка леса), которое частично затронуло отдельные «вторичные» компоненты ландшафта (растительный покров, фауну), но основные природные связи не нарушены и изменения обратимы, например, тундровые, таежные, пустынные, экваториальные ландшафты;

– среднеизмененные ландшафты, в которых необратимая трансфор-мация затронула некоторые компоненты, особенно растительный и почвенный покров, например, сводка леса, широкомасштабная распа-шка, в результате которых изменяется структура водного и частично теплового баланса, биогеохимический круговорот веществ;

– сильноизмененные ландшафты, которые подверглись интенсив-ному воздействию, затронувшему почти все компоненты (раститель-ность, почвы, воды и даже массы твердой земной коры), что привело к существенному нарушению структуры, часто необратимому и неблаго-приятному с точки зрения интересов общества и природы, например, южнотаежные, лесостепные, степные, сухостепные ландшафты, в ко-торых наблюдаются обезлесивание, эрозия, засоление, подтопление, загрязнение атмосферы, вод и почв;

– окультуренные ландшафты, в которых структура рационально изменена и оптимизирована на научной основе, с учетом вышеизло-женных принципов, в интересах человека и природы.

Именно таким ландшафтам должно принадлежать будущее.
1.2.2. Культурные агрогеосистемы
Агрогеосистема – это техноприродная ресурсовоспроизводящая и средообразующая гео (эко)система.

Она служит объектом сельскохозяйственной деятельности и одновременно средой обитания культурных растений, домашних животных и человека. В ней человек эксплуатирует уникальный природный процесс, свойственный зеленым растениям, – фотосинтез, создающий живое вещество из неорганических веществ, энерге-тическая основа которого – солнечное излучение.

Аграрный ландшафт (агроландшафт) – это территориальная систе-ма, состоящая из взаимодействующих природно-антропогенных компонентов, обеспечивающих получение сельскохозяйственной про-дукции.

По функциональному назначению агроландшафты подразделяют на полевые, лугопастбищные, лесоаграрные, садовые и др.

По степени антропогенного воздействия они могут быть неосво-енными целинными, освоенными распаханными, залежными, окуль-туренными, мелиорированными, культурными и деградированными.

Между культурным и деградированным состоянием ландшафты проходят несколько стадий.

Стадия экологической нормы (ЭН) соответствует слабому уровню деградации ландшафта, когда нарушения его структуры не проявлены, поддерживается почвенное плодородие, не зафиксированы процессы опустынивания, сохраняется биоразнообразие.

Стадия экологического риска (ЭР) наступает тогда, когда про-являются признаки деградации на площади до 20 %, вызывая на ней падение биологической продуктивности ландшафта. Очаговая дегра-дация при этом не угрожает общей устойчивости ландшафта.

Стадия экологического кризиса (ЭК) фиксируется при признаках деградации, проявляющихся на площади 20–50 %. Это вызывает паде-ние биологической продуктивности и устойчивости ландшафта и ухудшение его средозащитных функций.

Стадия экологического бедствия (ЭБ) соответствует деградаци-онным процессам, охватывающим 50–100 % площади ландшафта, ко-торый уже не выполняет своих средозащитных и продуцирующих функций.

Если в природных геосистемах лишь около 10 % первичной биоло-гической продукции, создаваемой зелеными растениями, утилизируют в трофических (питательных) цепях травоядные и всеядные животные, а остальная растительная масса после отмирания идет на расширенное воспроизводство плодородия почвы, то в пахотных агрогеосистемах отчуждение с убранным урожаем подавляющей части биомассы приводит к резкому дисбалансу биогеохимического круговорота.
1.2.3. Природно-техногенные комплексы природообустройства
Природообустройство – сложное дорогостоящее ресурсо-энергоем-кое мероприятие, проводимое длительное время.

Для его осуществления необходимо создание комплекса инже-нерных сооружений и устройств, надежно функционирующих в раз-нообразных природных условиях, часто экстремальных, при пере-менных погодных условиях.

Инженерные системы природообустройства вместе с природными объектами, на которых они построены и которые они призваны модифицировать в нужном человеку направлении, образуют техно-природные системы, которые принято называть природно-техно-генными комплексами, подчеркивая значимость техногенных элемен-тов.

Природно-техногенный комплекс (ПТК) состоит из двух основных частей: природной и техногенной, он включает средства управления и управляемую подсистему.

Для организации управления ПТК необходим ряд элементов:

– рецептор – часть комплекса, которая воспринимает и передает информацию об управляемом объекте (измерители влажности почвы, температуры воздуха, уровня воды в реке и др.);

– эффектор – та часть, с помощью которой оказывают воздействие на управляемый параметр (насосы, каналы, трубопроводы, дожде-вальная техника, дрены, шлюзы и т. п.);

– блок принятия решений, который, соотнося поступающую от рецептора информацию с необходимым результатом, вырабатывает решения, позволяющие оптимальным способом достичь определенную социально-экономическую цель (СЭЦ).

Блоком принятия решений управляет лицо, принимающее решения (высшее руководство).


1.2.4. Виды природно-техногенных комплексов

и инженерных систем природообустройства
Природно-техногенные комплексы природообустройства – это:

– мелиорируемые земли разного назначения (сельскохозяйствен-ные, лесного фонда, поселений);

– рекультивируемые земли;

– обустроенные человеком водные объекты (отрегулированные ре-ки, гидроузлы на них);

– обводненные, канализованные земли и поселения;

– защищенные от природных стихий земли (от эрозии, паводков, подтопления, селей, оползней);

– земли с воссозданной экологической инфраструктурой (земли с защитными лесополосами, лесонасаждениями);

– природоохранные зоны.

При природообустройстве возникает необходимость в течение сравнительно продолжительного времени ина большой территории

оказывать управляющие и изменяющие воздействия на компоненты

природы для увеличения их полезности.

Это приводит к необходимости создания разнообразных инже-нерных систем природообустройства.



Инженерная мелиоративная система (ИМС) – комплекс сооруже-ний и мероприятий для создания оптимального мелиоративного режи-ма на землях различного назначения.

Системы водоснабжения и водоотведения –комплекс сооружений и мероприятий, обеспечивающих потребности в воде требуемого количества и качества, а также удаляющих использованные воды.

Инженерно-экологическая система (ИЭС) – комплекс сооружений и мероприятий по восстановлению естественной самоочищающей способности компонентов геосистем, снижению до допустимых норм поступления в них загрязняющих веществ, локализации и удалению этих веществ, обеспечению экологически безопасного существования биоценозов и человека. К ним относятся системы очистки земель от загрязнения нефтепродуктами, тяжелыми металлами и другими веществами.

Инженерная противостихийная система (ИПСС) – комплекс сооружений и мероприятий для защиты территории от небла-гоприятных природных воздействий: наводнений, подтопления, суховеев, размыва берегов, оползней, водной эрозии, дефляции, заморозков.

Инженерная система рекультивации земель (ИСРЗ) – временно действующий комплекс сооружений и мероприятий, который применяют для создания оптимального рекультивационного режима на землях различного назначения.

Система хранения отходов (СХО) – комплекс сооружений и меро-приятий, обеспечивающих длительное экологически безопасное хранение отходов потребления и производства. К ним относятся полигоны твердых бытовых отходов (ТБО), устройство которых поз-воляет компактно, экологически и пожаробезопасно хранить ТБО, контролируя и управляя процессом их разложения.

По характеру расположения на местности ПТК подразделяются на: площадные (мелиоративные системы, пруды, водохранилища), линей-ные (каналы, трубопроводы, дороги, дамбы),локальные (шлюзы-регуляторы, насосные станции, буровые скважины), внутрихозяйст-венные, межхозяйственные и др.



2. ОСУШИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ
Осушение земель – это комплекс мероприятий, направленных на предупреждение и ликвидацию неблагоприятного влияния воды на хозяйственную деятельность.

Площадь осушаемых земель в мире (по разным оценкам) состав-ляет 180–210 млн. га (2/3 приходится на Европу, Северную Америку и 50 млн. га – на Азию). Наибольшая площадь осушенных земель находится в США (60 млн. га). В Англии в осушенном состоянии находится более 1/2 сельскохозяйственных угодий, т.е. практически все переувлажненные земли. В Литве, Латвии и Эстонии осушенные земли занимают 80–82 % сельскохозяйственных угодий, в Германии, Англии, Нидерландах, Бельгии, Дании, Финляндии – 70–90 %.

Природно-климатические условия Республики Беларусь также не позволяют вести интенсивное земледелие без улучшения водного режима на площади около 8 млн. га потенциально плодородных, но заболоченных и переувлажненных земель. Из них 4,5 млн. га наиболее пригодны для ведения сельского хозяйства. Все эти земли составляют потенциальный сельскохозяйственный мелиоративный фонд Беларуси. Из данного фонда, как указывалось ранее, к настоящему времени осушено 3,41 млн. га, из которых в сельскохозяйственном производ-стве используется 2,92 млн. га.

Проведение осушительных мероприятий в комплексе с меро-приятиями по окультуриванию земель существенно изменяют социально-экономические условия проживания населения в зонах избыточного увлажнения. После осушения переувлажненных терри-торий кроме получения под сельскохозяйственные угодья допол-нительных площадей появляется возможность развития транспортных путей, улучшения соцкультбыта и перспективного обустройства населенных пунктов. За счет осушения земель возрастают площади полей севооборотов, повышается эффективность использования сельскохозяйственной техники.

Осушение обычно сопровождается другими видами мелиорации почв. Вместе с осушением проводятся культуртехнические, агроме-лиоративные, агрохимические и другие мероприятия, улучшающие водно-физические свойства почвы и повышающие ее плодородие. На мелиорированных землях рекомендуется применять специальные системы земледелия.

Выбор объектов для осушения должен производиться с учетом проблем биосферной совместимости осушенных территорий с окру-жающей средой. При проектировании осушения земель необходимо стремиться исключить неблагоприятные изменения в функцио-нировании природных экосистем на прилегающих территориях. В естественном виде должны сохраняться памятники истории, архи-тектуры, археологии, ценные объекты природы, включая и приле-гающие болотные экосистемы. Достичь всего этого можно приме-нением единой, взаимосвязанной системы природоохранных меро-приятий. Там, где имеется большое разнообразие видов и сообществ растений и животных, выделяются биологические заказники, создаются природоохранные полосы и ниши, разделительные полосы, миграционные коридоры для обеспечения свободного передвижения животных. На самих осушаемых землях следует оставлять фрагменты природных экосистем и проектировать искусственные природо-охранные объекты (полезащитные, лесные полосы, противоэрозион-ные устройства, пруды-накопители и др.).

Для многих районов Беларуси мелиорация земель является необходимым условием стабильного экономического и социального развития. Ряд хозяйств на протяжении многих лет не только постоянно отличается высокими урожаями зерна, трав, картофеля и других сельскохозяйственных культур на мелиорированных землях, но и комплексным обустройством территории. Наряду с объектами мелио-ративного и водохозяйственного строительства возведены сельско-хозяйственные производственные помещения, жилые дома, культурно-бытовые здания, проложены дороги и другие коммуникации.
2.1.Типы водного питания переувлажненных земель
В качестве обобщенной мелиоративной характеристики, опре-деляющей основные источники, обусловливающие переувлажнение земель, и синтезирующей в себе климатические, геологические, гидрогеологические, геоморфологическине, почвенно-литологические и другие условия местности, используется в отечественной практике такой обобщенный показатель, как тип водного питания.

Под типом водного питания (ТВП) понимают пути поступления воды на переувлажненные земли, зависящие от климатических, геологических, гидрогеологических, почвенных и других условий объекта. Этими условиями определяются основные составляющие водного баланса, вызывающие переувлажнение земель.

По классификации, данной А. Д. Брудастовым, выделяют следую-щие типы водного питания земель: атмосферный, грунтовый (безна-порный), грунтово-напорный, склоновый (делювиальный), намывной (аллювиальный), смешанный (сочетание двух или нескольких приве-денных выше типов). Правильное установление типа водного питания на объекте при изысканиях имеет большое значение. От него зависит выбор методов и способов осушения земель, а также требуемая конструкция осушительной системы.

При атмосферномТВП основным источником избыточной влаги являются атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на переувлажненную территорию. Этот ТВП характерен для земель, расположенных на плоских водоразделах, в верхних частях склонов с малыми уклонами поверхности земли и слабоводопроницаемыми почвами. Грунтовые воды обычно находятся глубоко и не имеют связи с верхними слоями почвы.



При грунтовом водном питании характерно высокое стояние уровня воды в грунте, препятствующее обработке земель и выращи-ванию сельскохозяйственных культур.

При грунтово-напорном питании на переувлажненную терри-торию воды поступают по водоносному пласту, заключенному между слабоводопроницаемыми грунтовыми слоями. Отличительным при-знаком напорного водного питания является наличие связи пьезометрического уровня грунтовых вод с геологическим строением грунтов.

Переувлажнение земель при склоновом ТВП (намывное делю-виальное) происходит в результате поступления поверхностных вод со склонов водосбора, примыкающего к объекту осушения. Такое водное питание имеют заболоченные земли на склонах, сложенных слабо-водопроницаемыми грунтами.

Если переувлажнение земель вызвано затоплением паводковыми водами, выходящими из берегов рек и озер, то такое водное питание называется намывным аллювиальным. Подобный ТВП характерен для речных и озерных пойм.

В пределах одного массива может быть несколько типов водного питания, т. е. смешанный. В данном случае при назначении необхо-димых мелиоративных мероприятий исходят из основного типа вод-ного питания, определяемого на основе водного баланса переув-лажненнызх земель.

На территории Беларуси можно выделить два крупных региона с различающимися типами водного питания. На Полесье, имеющем равнинный рельеф, преобладает грунтовое водное питание, а глини-стые, суглинистые почвы Витебской и северной части Минской областей чаще переувлажняются за счет атмосферных осадков.


2.2. Процессы болотообразования
Под болотом следует понимать участок земли, находящийся пос-тоянно или периодически в состоянии избыточного увлажнения и покрытый специфической влаголюбивой растительностью, на котором начался процесс торфообразования.

Торф образуется в результате отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности и затруднен-ного доступа воздуха.

В зависимости от характера заболачивания, водного питания, растительного покрова и свойств торфа болота подразделяются на низинные, верховые и переходные. В Беларуси преобладают торфяно-болотные почвы низинного типа.

Низинные торфяники (эвтрофные болота) формируются при дли-тельном затоплении грунтовыми водами понижений, речных долин и надпойменных террас. Иногда низинный торф образуется при зара-стании озер и стариц. Степень разложения низинных торфяников колеблется в пределах от 30 до 60 %, зольность их достигает 35 %. Эти торфяники представляют наибольший интерес для сельского хозяй-ства.

Верховые болота (олиготрофные) образуются на водораздельных территориях. Основным источником переувлажнения являются атмо-сферные осадки, которые по сравнению с грунтовыми водами обед-нены минеральными солями. Верховой торф имеет низкую зольность и низкое содержание минеральных веществ, этим почвам присуща высокая кислотность. Поэтому верховые болота отличаются низким естественным плодородием и их нецелесообразно использовать в сельском хозяйстве. Такие болота наиболее распространены в Витеб-ской области.

Переходные болота (мезатрофные) формируются в условиях, при

которых нарастаемая поверхность торфяных почв постепенно теряет связь с грунтовыми водами, вследствие чего водное и минеральное питание ухудшаются. Они занимают промежуточное положение между низинными и верховыми болотами. В процессе эволюции эти болота постепенно переходят в верховые торфяники с питанием атмосферными осадками. В сельском хозяйстве используются огра-ниченно, поскольку их органическое вещество бедно питательными минеральными веществами.

К причинам заболачивания относят: подзолообразовательный про-цесс, дерновый период почвообразования, зарастание водоемов, выход грунтовых вод на дневную поверхность, разлив рек или приток воды с вышерасположенных водосборов, достаточно подробно рассматри-ваемых в курсе мелиоративного почвоведения.

В зависимости от мощности торфяного слоя торфяно-болотные и заболоченные почвы делят на торфянисто-глеевые, у которых глубина торфяного слоя не превышает 30 см; торфяно-глеевые, у которых мощность слоя торфа колеблется от 30 до 50 см; торфяно-болотные маломощные (мощность торфа от 50 до 100 см); среднемощные (слой торфа от 100 до 200 см) и мощные со слоем торфа более 200 см.

По степени разложения торфяные почвы бывают слаборазложив-шиеся (с разложением до 20–25 %), среднеразложившиеся (25–35 %) и хорошо разложившиеся (35–45 % и более).

Основным богатством торфяно-болотных почв является органи-ческое вещество с высокой водоудерживающей способностью, опреде-ляющей их повышенное потенциальное плодородие. Другим показа-телем, выражающим суммарное содержание минеральной составля-ющей, является зольность. Зольный состав торфяников формируется в основном из минерализовавшихся останков растений-торфообра-зователей и, кроме того, из минеральных веществ, взвешенных и частично растворенных в поверхностных и грунтовых водах, а также из частиц, выпадающих с атмосферными осадками и приносимых ветром. Общая зольность торфяников составляет в среднем 5–35 %.
2.3. Режим осушения
Под режимом осушения понимается поддерживаемый мелиора-тивными мероприятиями оптимальный водно-воздушный режим почвы, который характеризуется следующими основными показа-телями: аэрацией почвы, ее влажностью, нормой осушения, допусти-мой продолжительностью затопления.

Осушительная система должна обеспечивать:

– проходимость сельскохозяйственной техники при выполнении полевых работ;

– влажность почвы в корнеобитаемом слое в вегетационный период для: зерновых культур от 55 до 75 %, овощей, картофеля и корнепло-дов – 60–80 %, трав – 65–85 % полной влагоемкости;

– диапазон колебаний уровней грунтовых вод, необходимый для нормального развития растений в предпосевно-посевной период и в периоды летне-осенних затяжных дождей.

Установленная глубина грунтовых вод, до которой они должны быть понижены с помощью осушения (в критические периоды исходя из требований растений и производства работ), называется норма-тивной глубиной осушения (нормой осушения). Исходя из нее, а также с учетом гидрометеорологических и гидрогеологических условий, в которых находится объект, устанавливается глубина осушительных каналов и другие параметры мелиоративной системы.

Поддерживать практически заданную норму осушения на некотором участке в течение длительного времени весьма сложно. Сложность эта вызывается динамичностью (переменным режимом) составных элементов водного баланса для любого земельного участка в условиях неустойчивой влагообеспеченности. Соответственно была выдвинута (Г. И. Афанасик, РУП «Институт мелиорации») новая кон-цептуальная установка, связывающая параметры мелиоративной сети не с жестко закрепленной нормой осушения, а с некоторым диапа-зоном допустимого колебания уровней грунтовых вод.

Понятие «оптимальный диапазон изменения УГВ» вводится вмес-то традиционно используемого термина «норма осушения» как более полно учитывающие периодически сменяющие друг друга во времени процессы осушения и увлажнения. В реальных же условиях при наличии на осушаемом участке нескольких сельскохозяйственных культур, развитого микро- и мезорельефа и сложной структуры почвенного покрова вместо понятия «оптимальный диапазон УГВ» вводится понятие наиболее безопасный диапазон УГВ. При поддер-жании УГВ в пределах этого диапазона для возделываемых сельско-хозяйственных культур достигается наименьший ущерб в экстре-мальных условиях (табл. 2.1, 2.2).


Т а б л и ц а 2.1. Наиболее безопасные диапазоны изменения УГВ

(нормы осушения) для сельскохозяйственных культур, возделываемых

на торфяных почвах, м

Сельскохозяй-ственное использование осушаемых земель



Норма осушения

в предпосевной

период


в середине вегетационного периода

для торфянисто- и торфяно-глеевых почв

для торфяных почв



Расчет-

ная


Допус-тимая

Расчет-

ная


Допус-тимая

Рачет-ная

Допус-тимая

Сенокосные

земли

0,4

0,6

0,6

1,0

0,8

1,2


Пастбищные

земли

0,5

0,6

0,7

1,0

0,9

1,2


Зерно-травяной севооборот с преобладанием зерновых

0,5


0,8


0,8


1,2


1,0


1,4


Зерно-травяной севооборот с преобладанием трав

0,5


0,8


0,7


1,1


0,8


1,3

Т а б л и ц а 2.2. Наиболее безопасные диапазоны изменения УГВ


Каталог: jspui -> bitstream -> 123456789
123456789 -> Сборник материалов II международной научно-практической конференции 20 апреля 2016 г. Доннту: Донецк, 2016 эл версия русск яз
123456789 -> Распознавание речи и голосовое управление
123456789 -> Черникова О. Ю., Мозговой В. И
123456789 -> Анализ методов восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов после потери емкости в процессе эксплуатации
123456789 -> Основы семейного права Украины
123456789 -> Тема: Установление, восстановление и закрепление границ зе-мельных участков
123456789 -> Министерство сельского хозяйства
123456789 -> Приоритетная задача современного земледелия за-ключается в повышении эффективности и стабильности сельскохозяйственного производства
123456789 -> Сборник материалов международной научно-практической конференции


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19




База данных защищена авторским правом ©www.vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница