Наземные воды их свойства и влияние на хозяйственную

деятельность

Природные воды, весьма динамичный, а часто и критический (лимитирующий) компонент природной среды. Поэтому они оказывают огромное влияние на свойства и развитие геосистем, а также на хозяйственную деятельность. Одним из ведущих факторов благоприятности и возможности хозяйственной деятельности является водообеспеченность территорий. Поэтому при обосновании развития многих производств и расселения значительное внимание уделяется изучению и оценке обеспеченности водными ресурсами регионов и их качеству. При количественной оценке водных ресурсов используются понятия статических запасов воды и возобновляемых водных ресурсов. Первые, при неизменных климатических условиях, считаются практически постоянными. Вторые — переменны во времени. Они ежегодно восстанавливаются (обновляются) в процессе различных круговоротов воды Количественно, возобновляемые водные ресурсы территорий оцениваются годовым стоком рек. Ежегодно они меняются в зависимости от количества годовых осадков (х), испарения с земной поверхности (z) и изменения статических запасов в водоемах и почвогрунтах территории. Уравнение водного баланса территории, выражаемого в мм слоя показывает зависимость между этими параметрами.

y = x - z ⁺ u

Речные бассейны обычно не совпадают с административно-хозяйственными границами водопользователей. Поэтому оценивая водные ресурсы и водообеспеченность территорий, учитывают воды местного стока, формирующегося в пределах анализируемого региона, воды поступающие сюда из смежных территорий и воду транзитных рек. Оценивая возобновляемые водные ресурсы по речному или поверхностному стоку, следует понимать, что реки дренируют и подземный сток, следовательно этим показателем учитывается и возобновляемые ресурсы подземных вод. Данные о годовом стоке с тех или иных территорий могут быть взяты с соответствующих карт и из справочников. Однако из-за межгодовых колебаний и неравномерности стока внутри года практически используется только часть среднегодового стока. То есть среднегодовой сток характеризует только потенциальные водные ресурсы и водообеспеченность территорий. Реальные эксплуатационные водные ресурсы в разных ландшафтных условиях составляют разную долю от среднегодового стока. Кроме того, анализируя эксплуатационную водообеспеченность, нельзя забывать о таких климатических явлениях как засухи, которые случаются в разных природных зонах с разной периодичностью.

Все более сильное влияние на водный баланс территорий оказывает хозяйственная деятельность. В результате увеличивается дефицит водных ресурсов. Наиболее распространенный способ его устранения — регулирование стока водохранилищами и комплексное рациональное использование водных ресурсов. Однако преобразование водного баланса территорий за счет выравнивания колебаний речного стока водохранилищами, существенно влияет на природные условия речных долин, их устьев и даже внутренних водоемов, куда они впадают. Водохранилища уменьшают скорость обмена и самоочищения речных вод, а это ухудшает их качество. Кроме того, водохранилища уменьшают общий запас пресных вод, в результате дополнительного испарения с большой водной поверхности, особенно в аридных районах.

Среди наземных вод суши наиболее динамичны и важны с инженерной точки зрения различного рода водотоки. Выделяются следующие их типы, оказывающих разное влияние на инженерно-географические особенности территории и ТПХС:

3. Постоянные русловые потоки - реки, ручьи, формирующие свои долины, наиболее активно и постоянно трансформирующие днища долин (поймы), русло водотока, а часто и склоны долины.

Из перечисленных водотоков наибольшее (по интенсивности воздействия на инженерные сооружения) значение имеют русловые потоки. Они способны как непосредственно воздействовать на инженерные сооружения, так и путем глубинной и боковой эрозии грунтов нарушать устойчивость фундаментов. Однако и плоскостной сток, с его эрозионной деятельностью, при больших уклонах и длинных склонах может иметь существенное значение для сельского хозяйства и инженерных сооружений. Это проявляется в переувлажнении участков земной поверхности перед инженерными сооружениями, занос инженерных сооружений делювием (на склонах и у подножий склонов), эродирование верхнего плодородного слоя в верхних частях склонов.

Интенсивность деятельности разных водотоков меняется в зависимости от геолого-геоморфологического строения территории (превышения, уклоны, размеры, форма склонов, механический и минералогический состав пород), климата, водности и периодичности действия водотоков, растительного покрова и других природных условий территории. Более податливы размыванию и глубинной эрозии рыхлые породы, зоны разломов и дробления пород.

Влияние различных водотоков на инженерные сооружения можно проследить почти всюду, так как склоновые поверхности и жидкие атмосферные осадки, а, соответственно, сток распространены широко. К тому же большинство видов хозяйственной деятельности, населенные пункты связаны или приурочены к водотокам, их долинам, побережьям озер и морей. С ними тесно связаны тепло- и гидроэлектростанции, металлургические и целюлозобумажные комбинаты, мосты, дамбы, водохранилища и другие инженерные сооружения. Часто в долинах рек добывают строительные материалы (песок, гальку), а также россыпные полезные ископаемые. Поэтому в проекты инженерных сооружений включают прогноз развития естественной и антропогенно спровоцированной боковой и глубинной эрозии, паводкового и уровенных режимов водотоков. Эти процессы очень динамичны и мощны, их недоучет может приводить к неожиданным неблагоприятным и катастрофическим последствиям.

К неблагоприятным процессам, связанным с деятельностью воды и требующим разработки инженерных мероприятий на местности для их предотвращения, относятся интенсивная овражная эрозия, подтопление и заболачивание территорий, абразия, как результат разрушения берегов морей и водохранилищ волнами, дейгиш — разрушение берегов, сложенных рыхлыми наносами, реками блуждающего типа. К особо опасным относятся наводнения и сели. Инженерные мероприятия по снижению ущерба от них представлены в таблице 3. 6.

Таблица 3. 6.

Неблагоприятные явления и мероприятия по их нейтрализации

Последнее время одной из актуальнейших проблем геоэкологии является загрязнение поверхностных и подземных вод организованными сбросами промышленных предприятий и неорганизованными, рассеяными стоками и сбросами с селитебных территорий, свалок, а также от сельскохозяйственной деядельности. Важным направлением ИГ проработок по защите поверхностных могут быть исследования для обоснования выделения и ландшафтного обустройства водоохранных зон. В частности, работы по составлению экопаспортов на их территории и разработка мероприятий по ликвидации существующих эконарушений и благоустройству.

3.4. Биота и инженерно-географический анализ ее свойств

Продукция и свойства биотических компонентов ландшафтов широко используются в хозяйственной деятельности и влияют на нее. Поэтому они тоже могут быть предметами инженерно-географических изысканий. Знание зонального типа растительности позволяет получить общие представления о зональных природных условиях ее произрастания, а также показателях биоресурсного потенциала территории — фитомассе и продуктивности (табл. 3. 7.).

Таблица 3. 7.

Фитомасса и биопродуктивность некоторых зональных типов растительности на территории России

Внутризональные подразделения растительности могут характеризовать ландшафтные условия местопроизрастания. Например, сосна — пески, бедные почвы; черноольшаники и ивняки — близкое к поверхности залегание грунтовых вод, глеевые почвы.

По сезонным колебаниям фитомассы можно выделить типы растительности с относительно постоянным ее запасом (леса) и резкими сезонными колебаниями ее объемов (степи и лесостепи).

Большая часть территории России в природном плане относится к лесной зоне. Только ее крайний север и самый юг попадают, соответственно, в зоны тундры и степи. Поэтому основной естественный биотический ресурс России — это лес. Инженерно-географическими исследованиями лес может изучаться с целями оценки его запасов и оптимизации лесопользования, лесовосстановления и охраны, возможностей использования его защитных и мелиоративных свойств по отношению к другим компонентам природы и хозяйственной деятельности. При этом используются разные показатели качества и состояния естественных лесов и других древесных насаждений.

Особенности растительного покрова определяются комплексом ландшафтных условий. Ландшафтные условия местопроизрастания лесов могут характеризовать тип леса, его сложность, бонитет и другие свойства и параметры. Учение о типах лесов в связи с условиями местопроизрастания разработано Г.Ф.Морозовым на базе представлений В.В.Докучаева о тесной взаимообусловленности свойств компонентов в ландшафтах. На практике типы леса определяются по растениям хорошо индицирующим условия местообитания. Название типа леса дается по преобладающей древесной породе и травяному покрову. Под влиянием хозяйственной деятельности типы лесов и другой растительности меняются. В таблице 3. 8. показана связь основных типов леса на ЕТС с ландшафтными условиями и возможными вариантами использования их местообитаний в ТПХС.

Таблица 3. 8.

Условия произрастания таежных и северо-лесостепных типов леса и возможные их хозяйственные трансформации

(по материалам В. Н. Сукачева, П. С. Погребняка с дополнениями И.Ф. Голубева)

Подобные таблицы полезны для обоснования землеустроительных и ландшафтно-планировочных мероприятий по оптимизации хозяйственного освоения территории.

В лесоведении по степени сложности или форме выделяются леса простые и сложные. Простые леса имеют только один древесный ярус и обычно приурочены к бедным местообитаниям ( сосновый бор на песках). Сложные — многоярусные леса, как правило, приурочены к более богатым местообитаниям. По составу лесные массивы делят на чистые и смешанные. Чистыми считаются лесные насаждения, где примесь к основной лесообразующей породе других древесных пород не превышает 5%. Чистые естественные лесные массивы, как правило, преобладают на бедных почвах. На плодородных, богатых элементами питания почвах, произрастают более продуктивные смешанные лесонасаждения, относительно устойчивые к внешним воздействиям.

При организации лесохозяйственной деятельности все леса по роли выполняемой в природных и природно-антропогенных ландшафтах, а также возможным лесохозяйственным мероприятиям делятся на три основных группы. Леса первой группы — защитные, охраняемые (водоохранные, противоэрозионные, ветроломные, санитарных и зеленых зон, лесопарков природного и культурного наследия и др.). В них допускаются только санитарные рубки ухода. Леса второй группы, выполняют в ландшафтах защитные и стабилизационные функции второго порядка, либо трудно восстанавливающиеся (леса вблизи природных границ возможного их существования, пригородные, горные, небольшие лесные массивы в районах сильного хозяйственного освоения и др.). В них допускаются только рубки санитарные, ухода и выборочные. К лесам третьей группы относятся лесные массивы главного пользования для лесозаготовителей. Здесь ведутся сплошные рубки крупными массивами, либо выделяемые под рубку участки(делянки) чередуют с оставляемыми лесополосами. Конфигурация вырубок заметно влияет на лесовозобновление. При этом должен соблюдаться главный экологический принцип неистощимого лесопользования — расчетная лесосека не должна превышать реально существующее лесовозобновление.

Древесные породы по своим лесохозяйственным качествам делятся на хвойные и лиственные. Лиственные, в свою очередь, на твердолиственные (дуб, ясень, клен, бук) — более ценные для лесозаготовок и мягколиственные (береза, липа, осина, ольха). В господствующей на территории России тайге, в естественных условиях лесообразующими являются хвойные породы, а в подзоне широколиственных лесов и лесостепи — твердолиственные. При перерубах, без искусственного лесовозобновления всюду господствуют мягколиственные породы, либо вообще сокращается площадь лесов.

Одной из основных характеристик леса является его бонитет. Бонитет служит одним из показателей продуктивности лесов и зависит от ландшафтных условий. Его определяют по соотношению высоты древостоя и его возраста. Для этого составляются специальные шкалы классов бонитетов лесных насаждений (табл. 3. 9.).

Таблица 3. 9. Классы бонитета древесных лесонасаждений

В соответствии с представленной бонитировочной шкалой, наиболее ценными (качественными) в лесохозяйственном отношении являются лесные насаждения 1-го и 2-го классов бонитета.

Соотношение диаметров стволов на высоте 1,3 м и высоты деревьев служит показателем разрядов древостоя.

Таблица 3. 10

Разряды высот для сосновых древостоев

п е р в ы й в т о р о й т р е т и й

Д / Н= 8/14; 12/18; 16/22; 8/12; 12/16; 16/19; 8/11; 12/14; 16/18.

Д - диаметр ствола, см; Н - высота, м. Чем меньше отношение, тем лучше лесорастительные условия и быстрее растут деревья.

Важная лесохозяйственная характеристика древостоя — его полнота. Ее определяют соотношением суммы площадей сечения всех стволов деревьев на высоте 1,3 м от земли на 1 га анализируемого лесного выдела, к максимально возможной сумме площадей для конкретных ландшафтных условий и возраста деревьев. Максимальная полнота древостоя, равная единице, определяется по таблицам роста конкретных пород. Кроны в таких древостоях практически смыкаются и не имеют просветов. Это эталон максимальной полноты. При глазомерном определении полноты насаждений, участки леса с просветами между крон 0,2 или 0,3 от площади крон имеют, соответственно, полноту 0,8 и 0,7. По полноте древостоя все лесные массивы делятся на высокоплотные (полнота 0,9 - 1,0), среднеплотные (0,6 - 0,8), низкоплотные (0,4 - 0,6) и редины (полнота 0,3 и меньше). Полноту древостоя не следует путать с его густотой, которая определяется количеством деревьев на единицу площади и сильно меняется с возрастом леса.

Возраст деревьев определяют подсчетом годичных колец на спилах, либо на штифтах, извлеченных из деревьев приростным буром. Толщина годичных колец говорит об интенсивности прироста дерева по годам и может характеризовать степень благоприятности погодных, антропогенных и других факторов в конкретные периоды жизни деревьев. У сосны возраст можно подсчитать по мутовкам на стволе, ежегодно появляющимся с ростом новых веток. Однако при возрасте более 50 лет это делать уже трудно. В лесной таксации для оценки древостоев выделяют их возрастные классы (табл. 3. 11.).

Многие лесохозяйственные мероприятия — вырубки, рубки ухода, лесомелиорация и др., проводятся с учетом возрастных классов леса. Причем возрастные классы для разных пород и лесорастительных условий могут заметно отличаться. Так для пихты и кедра спелыми считаются древостои в 150 - 200 лет. Лиственные леса по происхождению делятся на семенные и порослевые. Семенные деревья более высокие и долговечные, с древесиной лучшего качества, по сравнению с порослевыми лесами.

При оценке запасов древесины в лесном массиве используют такие показатели как средний диаметр и средняя высота древостоя. В естественных условиях произрастания распределение деревьев по толщине подчиняется следующей закономерности. Самое толстое дерево в однородном лесном массиве примерно вдвое толще среднего, а диаметр самого тонкого — составляет 0,4 от среднего. Эта закономерность удобна при глазомерной съемке. Самые толстые деревья хорошо выделяются в древостоях, Измерив их диаметр и разделив его на 2, получим средний диаметр оцениваемой совокупности деревьев. Использование ландшафтных карт и подходов позволяет даже при глазомерной съемке получать достаточно точные результаты.

При глазомерной оценке средней высоты древостоя, находят 3 - 4 дерева, диаметр которых близок к среднему и, измерив их высоту с помощью высотомера, определяют среднюю высоту насаждения. Для более точного определения средней высоты, измеряют по нескольку деревьев каждой из ступеней толщины, а затем строят графики распределения высот. На основании этих данных определяют запас древесины в насаждении или на единицу площади.

Леса могут оказывть существенное влияние на свойства других компонентов и на ландшафт в целом, стабилизируя или улучшая их ( табл. 3.12.). Этим часто пользуются при ИГ обустройстве и геоэкологической оптимизации осваиваемых ландшафтов.

Большой простор для ИГ изысканий предоставляет проектирование и создание защитных лесных полос разного назначения и для разных ландшафтных условий. В зависимости от них расчитывается степень продуваемости, высота, ширина и ориентация лесополос, место их размещения, расстояние между ними, состав и структура лесонасаждений. Этим вопросам уделяляется много внимания еще со времен В.В. Докучаева. Огромный опыт лесомелиоративного проектирования был получен при создании Государственных лесных полос в степной зоне. Различные инженерно-географические аспекты конструирования ветроломных лесонасаждений отражены в работах Д.Л. Арманда (1961), справочниках и учебных пособиях по лесомелиорации и мелиоративной географии. Д.Л.Арманд рассматривал лесополосы как биотические инженерные сооружения, защищающие агросистемы пахотного типа от иссушения, дефляции и водной эрозии. Оптимальны ветроломные, полезащитные системы лесополос ажурной конструкции, шириной 10 - 15 м, размещаемые почти перпендикулярно к господствующим ветрам, на расстоянии 20 - 50 высот деревьев (200 - 500 м) друг от друга. Их объединяют поперечными полосами, размещаемыми друг от друга на расстоянии 1000 м. и более. Противоэрозионные прибалочные лесополосы для поглощения поверхностного стока имеют большую ширину (20 - 30 м) и плотность. Сеть ветроломных, противоэрозионных, придорожных и водоохранных лесополос охватывает большие пространства и наряду с естественными линейными (долины рек, ленточные боры и т.д.), а также связанными с ними “островными” (леса в верховьях балок, на песках и водоразделах, лесопарки) структурными элементами ландшафтов, формируют природно - экологический каркас освоенных территорий. Он поддерживает устойчивость и улучшает экологическую обстановку в ТПХС. Производственные элементы (предприятия, пашня, скотные дворы, свалки, дороги и др.) экологического каркаса ТПХС обычно наоборот дестабилизируют природно-хозяйственные ландшафты и ухудшают экологическую обстановку как в них самих, так и в окружающей среде. В настоящее время все больше внимания привлекают исследования по конструированию лесных полос особого геоэкологического назначения. Они должны служить физическими, химическими и биологическими барьерами на пути распространения загрязнителей вокруг городов и промышленных предприятий.