Внешней границей четвертой зоны условно принята линия, где капиллярная кайма высотой αhк (при α=0,1 для всех грунтов) пересекает существовавшую среднегодовую депрессионную поверхность.
Зоны влияния мелиоративного объекта на прилегающую территорию определяют после отыскания точек пересечения линий: верхней границы высоты капиллярного поднятия и существующей кривой депрессии грунтовых вод до осушения. При этом имеет место следующая закономерность: чем больше протяженность третьей зоны, тем больше протяженность и четвертой. Это связано с тем, что с удалением от объекта мелиорации кривая депрессии выполаживается и ее уклон становится все меньше. Протяженность четвертой зоны вычисляют по формуле.
Обоснованием для установления внешней границы зон служат материалы многочисленных публикаций по результатам работ, проведенных с целью определения влияния мелиорации земель на прилегающие земли. Из этих материалов следует, что за пределами внешней границы четвертой зоны не наблюдается заметного влияния мелиоративного объекта на все факторы внешней среды.
Граница пятой зоны условно совпадает с внешней границей четвертой, так как за пределами этой границы запыление воздушной среды (от ветровой эрозии), связанное с влиянием одной мелиоративной системы, незначительно, хотя в отдельных случаях и может иметь место (при весьма больших скоростях ветра над осушенными торфяниками).
Количество зон влияния уменьшается при условиях, отличающихся от стандартных. Если отметки поверхности на внутренней границе третьей зоны превышают среднюю отметку осушаемой территории на 2-2,5 м (крутой подъем), то третья зона не выделяется и в этом случае можно только выделить четвертую зону при условии, если грунтовые воды движутся в сторону осушенного объекта с образованием кривой депрессии, повышающейся в сторону прилегающей территории.
Может не выделиться и четвертая зона при незначительных ее размерах в связи с малой высотой капиллярной каймы и крутопадающей кривой депрессии уровня грунтовых вод. В этом случае внешняя граница третьей зоны служит внешней границей пятой зоны.
Может не выделиться и вторая зона вследствие отсутствия всхолмлений в пределах первой зоны.
Для проектируемых систем границы зон влияния определяют на основании материалов изысканий и расчетов. При этом устанавливают:
связь между грунтовыми водами осушенного массива с прилегающими землями;
направление потока грунтовых вод – в сторону болота или от него;
слоистость геологического профиля, наиболее водопроницаемый слой и глубину до водоупора;
величину расхода в сторону мелиоративного объекта (для определения необходимости устройства нагорно-ловчих каналов);
характер потока в плане: сужающийся к объекту мелиорации, расходящийся от объекта мелиорации – трехмерный поток; фронтальный – двухмерный поток;
характер растительности;
химический состав грунтовых вод.
Природоохранные мероприятия на мелиорируемой территории носят почвозащитный и противоэрозионный характер (закрепление откосов каналов и дамб от размывов, мероприятия по консервации дренажных вод с целью их повторного использования и др.). Немелиорируемые земли, расположенные в контурах объекта (вторая зона, т. е. песчаные и моренные гряды, всхолмленные приречные участки), считаются объектами особого рода мелиорации, в результате которых можно создать зоны рекреации, лесопосадки, резерваты для дикой фауны. Непосредственно прилегающие к мелиоративным объектам территории могут быть землями сельскохозяйственного назначения, лесными массивами и, наконец, зеркалом естественного или искусственного водоема. В этой зоне больше всего проявляется влияние мелиоративного объекта, часто отрицательного свойства, вследствие снижения уровня грунтовых вод, некоторого изменения влажности и температуры воздуха и почвы. В отдаленной зоне влияния, где действие параметров элементов мелиоративной системы (длины и глубины каналов, расстояний между дренами, высоты дамб обвалований) не проявляется, а изменение физических параметров, скорее всего, связано с самим фактором создания мелиоративной системы, природоохранные мероприятия могут быть минимальными или ограничиваться прогнозами изменения физических параметров, которые будут учитываться, если это необходимо, в других аспектах хозяйственной деятельности. Наконец, в зоне воздушного пространства проводят мероприятия по охране воздуха от загрязнений. Загрязнение воздуха пылью над мелиорируемой территорией и в прилегающих зонах не должно допускаться.
Взаимодействие ПТС с природной средой (обмен веществом и энергией)
Воздействие человека на геосистемы вызывает существенные изменения их состояния. Начальное действие на тот или иной компонент природы по цепочке вертикальных связей передается на другие компоненты, а по каналам горизонтальных связей – на другие геосистемы. В результате прямо или косвенно изменяются многие природные процессы. Под влиянием осушения особенно глубокие изменения наблюдаются:
во влагообороте;
в биологическом и геохимическом круговоротах;
в тепловом балансе.
Изменение влагооборота обусловлено, прежде всего, преобразованием одного из его звеньев – поверхностного стока. Осушение – это воздействие на физико-географические факторы стока, а через них на элементы водного баланса водосбора. Такое преобразование глубоко затрагивает функционирование систем.
При осушении с мелиорируемой территории усиливается вынос химических элементов. В таких условиях естественными коллекторами загрязненных поверхностных и грунтовых вод являются реки, озера, моря и д.т., являющиеся одновременно водоприемниками в осушительных системах. В реках, благодаря их проточности и самоочищению загрязнение носит обратимый характер. Однако в озерах и водохранилищах в связи с замедленным водообменом условия самоочищения значительно ухудшаются. В результате резко изменяются гидротехнический и гидробиологический режимы, что ведет к технической евтрофикации водоемов, обусловленной увеличением в воде концентрации азота и особенно фосфора.
Изменение теплового баланса имеет непреднамеренный характер. Оно связано с изменением подстилающей поверхности за счет осушения. При осушении уменьшается расход тепла на испарение (на 10-15%) и заметно увеличиваются затраты энергии на турбулентный обмен с атмосферой (на 10-25%). В результате происходит больший, чем ранее, нагрев приземного слоя и почв днем и охлаждение их в ночное время.
Снижение уровня грунтовых вод определяет две цепочки причинно-следственных связей:
одна проявляется в изменении ландшафтно-геохимических условий, почвенного и растительного покрова;
другая – связана со снижением затрат тепла на физическое испарение, изменениями в структуре радиационного и теплового балансов, что, наряду с альбедо деятельной поверхности, формирует новый микроклимат. Обобщение данных по изменению радиационного и теплового балансов осушенных территорий произведено В. Н. Адаменко (1979).
Изменение природной среды на осушенных землях
Строительство мелиоративной (осушительной или осушительно-увлажнительной) системы изменяет направленность и интенсивность природных процессов в почве и приземном слое атмосферы, распределение водных ресурсов, в результате чего вся экосистема региона приобретает новые свойства.
Мелиоративная система влияет на окружающую среду прямо и косвенно. Прямое воздействие – это удаление избыточной воды и создание условий для ведения интенсивного сельскохозяйственного земледелия на мелиорированных землях. Косвенное воздействие – это, как правило не предусмотренное проектом влияние на некоторые факторы природной среды на самом объекте, а также на прилегающих землях. Положительное косвенное воздействие связано со сменой растительного сообщества на немелиорированных. Отрицательное косвенное воздействие охватывает обычно большое количество факторов, проявляется в течение длительного времени и оказывается не редко неожиданным.
Из всего комплекса претерпевающих изменения факторов, прежде всего, выделяют следующие:
расход и уровни воды в водотоках;
объем запасов поверхностной и подземной воды в регионе;
уровни грунтовых вод на объекте и прилегающих землях;
объем и характер испарения с водной поверхности и почвы;
температурный режим почвы;
ход и возможное изменение направленности почвообразовательного процесса;
смена флоры и фауны региона.
Осушение болот и заболоченных территорий неминуемо связано с понижением уровней грунтовых вод на объекте и перераспределением объемов воды. В связи с этим первопричинами изменений в окружающей среде являются изменение уровенного режима грунтовых вод и режима поверхностного стока, а также смена растительности в результате культуртехнических работ и планировок.
Под влиянием осушения, прежде всего, повышается степень дренированности водосборного бассейна. В естественных условиях дренированность заболоченных водосборов при площади болот на них 20-30% от площади бассейна обычно составляет менее 1 км/км2.
Следствием увеличения дренированности является, с одной стороны, повышение скорости добегания снеговых и дождевых вод до реки, что способствует увеличению расходов воды в реке. С другой стороны, искусственное дренированние территории вызывает понижение уровня грунтовых вод, а также увеличение мощности зоны аэрации (почвенно-грунтового слоя с неполным насыщением влагой).
Понижение уровней грунтовых вод ведет к повышению уклонов грунтовых вод на прилегающей к ним территории и градиентов напорных вод, что обуславливает увеличение подземной составляющей речного стока, особенно в первые годы после осушения.