Автор: В. А. Чесноков
В настоящее время темпы осушения болот и заболоченных земель для нужд лесного хозяйства Карелии очень высоки.
В Карелии почти нет данных о гидрологических процессах на территориях, осушаемых для лесохозяйственного использования, поэтому изучение этих процессов необходимо для научного обоснования планов проведения этих работ. Кроме того, получение данных о влиянии лесоосушения на сток представляет самостоятельный научный интерес, так как этот вопрос для Севера почти не изучен. Для других районов имеются работы Б. В. Бабикова (1970) и С. Э. Вомперского (1974) — для ленинградской области, А. А. Айре (1977) — для Латвийской ССР, А. П. Братцева, Н. Н. Ветошкина (1977) — для Коми АССР, С. Е. Муетонен (1973) — для Финляндии и др. Из этих работ следует, что лесоосушительная мелиорация в первые годы после ее проведения увеличивает сток, затем, после усиления транспирации лесными культурами сток стабилизируется, приближаясь к многолетней норме.
Изучение гидрологического режима болот и заболоченных лесов при осушении начато в 1971 г. на Киндасовском болотном стационаре Карельского филиала АН СССР. Сток круглогодично изучался на семи водосборах, площади которых колебались от 0,6 до 37,5 км2.
Торфяная залежь подавляющего большинства болот подстилается ленточными глинами, что сказывается на положении уровней болотно-грунтовых вод и формировании стока. Глубина торфа составляет в северной части водосборов 2—4, в южной 1—2 м и менее.
Мощность слоя торфа в заболоченных лесах обычно 20—40 см. Суходольные лесные участки водосборов представлены молодняками и вырубками.
Расходы на большинстве водосборов измерялись с помощью водосливов, за исключением самых крупных, где использовались вертушки.
В нашем исследовании анализируется величина стока за период с 1973 по 1977 г. Анализ стока за предшествующие годы дан в нашей прежней работе.
Исследуемые годы характеризуются несколько повышенной среднегодовой температурой воздуха, составившей 2,5°, что на 33% выше нормальной. Количество осадков колебалось от 562 до 754 мм (100—133% нормы); в среднем оно составило 643 мм, или 114% нормы.
Среднегодовой сток. Лесоосушение приводит к увеличению среднегодового и сезонного стока. Это объясняется как увеличением дренированности территории, так и сбрасыванием вековых запасов болотных вод.
Немаловажен тот факт, что болота, осушенные под лес, как правило, очень слабо осваиваются. Понижение уровня грунтовых вод при осушении ведет к постепенной замене одних сообществ растительности другими. Оптимальные нормы осушения на исследуемых болотах, как было показано ранее, не достигнуты. В результате уменьшаются расходы влаги на испарение, что способствует увеличению стока.
Уменьшение суммарного испарения в 1,1—1,5 раза за счет лесоосушения было отмечено в Белоруссии.
Отчетливо видна связь между интенсивностью осушения (процент осушенной площади от площади всего водосбора) и величиной стока.
Сток с интенсивно осушенного водосбора № 3 превышает сток рек Маньги и Шуи за счет доли весеннего стока, составляющей 51—57% от годового против 30—43% на речных водосборах. Особенно возрастает весенний сток на водосборах, включающих в себя заболоченные леса (р. Паюн-оя), и превышает величину речного стока на 14—27%.
Максимальные расходы весеннего половодья — одна из основных гидрологических характеристик, необходимая как для расчета гидротехнических сооружений и сети, так и для оценки увеличения выноса минеральных и органических веществ в реки-водоприемники.
Как показывают данные исследований, среднесуточные максимальные модули стока на водосборах составляли: на неосушенном 44,9, на слабоосушенном — 64,6, интенсивно осушенном — 90,1, в заболоченном лесу — 103,9, р. Маньга — 58,5, р. Шуя — 26,5 л/с∙км2, т. е. действие осушительной сети однозначно и с ростом занятых ею площадей максимальный сток возрастает. Максимальный сток наиболее увеличивается на водосборах заболоченного леса, что объясняется низкой водоаккумулирующей способностью почвенного слоя, более значительными уклонами поверхности и высоким стоянием уровня грунтовых вод. В то же время редкий древостой в таких лесах не препятствует быстрому сходу снежного покрова.
Время прохождения пика половодья на осушенных и неосушенных водосборах совпадает при близких размерах их площади. Пик весеннего половодья наблюдается на заболоченных водосборах в среднем на 8 дней раньше, чем на р. Маньга и на 28 дней раньше, чем на р. Шуя, вследствие чего пик половодья на реках сглаживается, что, несомненно, благоприятный фактор.
Сток дождевых паводков. При проведении лесоосушительной мелиорации на опытных болотных водосборах оптимальная норма осушения не достигнута и уровень грунтовых вод находится вблизи поверхности почвы. Аккумулирующая способность таких болот невелика, что вызывает резкое увеличение расходов воды во время как весеннего половодья, так и дождевых паводков.
Наибольшее увеличение стока зафиксировано на водосборе № 3 и на водосборе заболоченного леса (р. Паюн-оя). На речных водосборах сток увеличивается менее интенсивно. Самые высокие дождевые паводки наблюдались летом 1976 г., когда впервые за всю историю наблюдений был измерен расчетный модуль дождевого стока 1%-ной обеспеченности на р. Маньга. По существующим расчетным зависимостям между величиной стока на р. Маньга и исследуемых водосборах, характеризующихся коэффициентами корреляции от 0,88 до 0,90, можно полагать, что модули стока, близкие к 1%-ной обеспеченности, составили для водосбора № 2 52,9 л/с∙км2, для водосбора № 1 — 91,6, водосбора № 3—163,9, р. Паюн-оя — 192,6, р. Маньга — 77,7, р. Свят — 84,2 л/с∙км2. Указанные величины могут служить для расчета паводков на осушительных системах, аналогичных исследуемым.
Минимальный сток на осушаемых водосборах. Его изучение важно с точки зрения влияния на водность рек-водоприемников, возможности регулирования стока в засушливые периоды и также использования мелиоративной сети в противопожарных целях.
Как показали данные наблюдений, осушение водосборов ведет к незначительному увеличению средних модулей минимального стока. За летний период они составили для водосбора № 2 — 0,72, для водосбора № 1—0,89, для водосбора № 3 — 1,18, р. Паюн-оя — 0,34 против 3,15 в р. Маньга и 4,93 — р. Шуя.
Минимальные среднесуточные модули зимнего стока еще меньше: для неосушенного водосбора № 2— 0,25 л/с∙км2, осушенных водосборов № 1—0,4, № 3 — 0,64, р. Паюн-оя — 0,13 против 1,17 на р. Маньга и 4,22 л/с∙км2 на р. Шуя.
Таким образом, неосушенные водосборы, несмотря на более высокое стояние УГВ, имеют меньшие модули стока, чем осушенные. Это объясняется ровной поверхностью болот, отсутствием гидрографической сети на них и поверхностным стоком в результате фильтрации в деятельном слое. На осушенных болотах уровень грунтовых вод понижается более значительно, но обширный фронт дренирования быстро вовлекает в сток осадки, выпадающие летом и образующиеся при зимних оттепелях. Исключение составляют водосборы с осушенным лесом, характеризующиеся наименьшими величинами минимального стока.
Минимальный сток на речных водосборах значительно больше, чем на осушенных, что объясняется более глубоким врезом речных русел, перехватывающих грунтовый сток, а также наличием в их бассейнах озер, которые в меженный период отдают свои запасы воды и увеличивают минимальный сток.
Водный баланс исследуемых водосборов. Измерение элементов водного баланса, таких, как сток, положение уровня грунтовых вод, количество осадков, позволило получить представление о водном балансе водосборов. Из-за того, что наблюдения за величиной испарения были неполными, нами вычислялась величина испаряемости по формуле Н. И. Иванова (1948); величину стока получили по измерениям; изменение влагозапасов в грунтовых водах определено по положению уровня грунтовых вод на начало и конец периодов.
Величина испаряемости рассчитанная по формуле, составила 429,3 мм, а испарение, вычисленное как остаточный член водного баланса, — 436,8 мм. Разница в 7,5 мм, или несколько больше, чем 1 % от суммы осадков, говорит о том, что для вычисления испарения можно пользоваться обоими методами.
Принимая количество осадков равным для всех водосборов, а положение уровня грунтовых вод на середине межканавной полосы шириной в 160 м, мы рассчитали среднюю величину испарения для осушенных водосборов за период 1973—1977 гг.
Осушение водосборов ведет к уменьшению испарения на 8—22% от суммы осадков и соответствующему увеличению стока. Причины этого рассмотрены ранее при анализе изменения среднегодового стока.
Влияние лесоосушения на химический состав вод. Воды рек Карелии отличаются чистотой и высоким качеством. Поэтому большие масштабы осушительной мелиорации и полное отсутствие данных о влиянии ее на состав воды вызывают необходимость изучения изменения гидрохимического состава воды осушаемых водосборов.
В районе исследования мелиоративные системы связаны с левым берегом р. Шуя, на правом берегу влияние мелиорации незначительно. Весной вода у правого и левого берегов реки качественно различна: у левого берега она грязно-мутная, у правого — чистая и прозрачная. По результатам анализа воды, взятой в весеннем половодье 1977 г., видно, что вода у левого берега хуже по всем показателям: минерализация выше на 14%, жесткость — на 31%, количество органических веществ больше на 42%, взвешенных веществ больше на 280%. Наиболее чистая вода попадает в ручьи-водоприемники с неосушенного болота, осушительная мелиорация понижает качество воды в Шуе не только весной, но и во все сезоны года. Суммарный вынос минеральных и органических веществ за счет осушения с 1 км2, занятого осушительной сетью, составил зимой 1,6 т, а весной увеличился до 15,4 т.
Весной загрязнение обусловлено в первую очередь сползанием глинистых откосов канав по линзам льда и последующим обрушиванием и выносом торфяных пластов. Летом грунт размывается из-за значительных скоростей течения, особенно в дождевые паводки.
В результате загрязнения ручьи-водоприемники потеряли значение как естественные нерестилища рыб, постепенно заиливается дно р. Шуя, являющейся нерестилищем лососевых пород.
Борьба с загрязнением возможна при уменьшении глубины канав, выполаживанием их откосов наряду с уменьшением расстояний между осушителями. Необходимо крепление откосов в слабых грунтах и строительство илоотстойников на сети.
Удобрение осушенных лесов в условиях преобладания поверхностного стока может привести в будущем к выносу значительной части удобрений в реки и может принести ущерб природе.
Заключение. Установлено, что в первые годы после проведения лесоосушительных мелиораций в условиях южной Карелии наблюдается увеличение стока во все сезоны года и соответственно уменьшение испарения; увеличение стока непосредственно зависит от интенсивности осушения. Основное увеличение происходит за счет весеннего стока, который составляет на осушенных водосборах 51—57% от годового против 40—43% на речных водосборах.
Интенсивность и величина пика весеннего половодья на осушенных водосборах значительно больше, чем на реках-водоприемниках. Объемы стока и высота пиков весеннего половодья на неосушенных водосборах самые низкие, что объясняется отсутствием гидрографической сети и преобладанием стока по деятельному слою.
Максимальные расходы дождевых паводков на осушенных водосборах могут быть выше расходов весеннего половодья, что должно учитываться при строительстве сооружений.
Минимальный сток с осушенных водосборов превышает сток с неосушенных. Исключение составляют водосборы с заболоченным лесом, на которых полностью прекращается сток в засушливые летние и холодные зимние периоды.
Осушение водосборов ведет к перераспределению расходных частей водного баланса. Доля стока от суммы осадков равна 35% — на слабоосушенном водосборе, 48% — на интенсивно осушенном и 27% — на неосушенном; с увеличением интенсивности осушения уменьшается величина испарения.
Осушение заболоченных водосборов вызывает ухудшение качества воды в ручьях-водоприемниках и р. Шуя. Внесение удобрений в осушенных лесах может еще более увеличить загрязнение речных вод.