Задачи и этапы мониторинга

Почвенно-мелиоративные прогнозы при осушении почв проводятся с использованием следующих методов: 1) метода сравнительных почвенно-мелиоративных аналогий; 2) балансового метода; 3) аналитических (математических методов, основанных на математическом описании почвенных процессов. Для проведения прогноза изменения почвенного покрова территории под влиянием опускания уровня грунтовых вод могут быть использованы следующие методы:

1. Метод теоретического расчета происходящих процессов. Алгоритм расчета имеет следующую последовательность: оценивается возможный уровень грунтовых вод; капиллярной каймы при заданном гранулометрическом составе; условия увлажнения почв; возможные значения окислительно-восстановительного потенциала; степени проявления анаэробиозиса; изменение подвижности ионов в системе почва-раствор, гумусового состояния. На качественном уровне дается прогноз эволюции свойств почв, почвенного плодородия, эволюции почвы, как естественноисторического тела, эволюции структуры почвенного покрова.

2. Метод прогноза, основываясь на анализе аналогичных территорий, осушенных ранее, с учетом условий осушения и продолжительности периода.

3. Метод прогноза, основываясь на анализе распределения на данной территории почв по мезо- и микрорельефу, при разном уровне грунтовых вод при составлении регрессивных уравнений зависимостей свойств почв от уровня грунтовых вод и увлажненности территории.

4. Метод прогноза, основываясь на данных полевых опытов при моделировании условий осушения на стационарных площадках.

5. Метод прогноза, основываясь на данных модельных опытов в лабораторных условиях при моделировании заданного уровня грунтовых вод на различных почвах.

Все рассмотренные методы прогноза позволяют с определенной степенью достоверности судить о возможной эволюции почв, изменении свойств почв и их плодородия. При этом уровень детализации прогноза определяется затратами на поисковые и научно-исследовательские работы. Дальнейшими этапами являются прогноз изменения биологической активности почв, состава мезо- и микрофлоры, прогноз изменения миграционных процессов, качества воды, взаимосвязей почвы в экологической системе. Прогноз биологической продуктивности почв, урожая с/х культур основывается на данных о структуре почвенного покрова.

Для удовлетворения возрастающей потребности человека и растений в воде требуется устройство дополнительных водосборов с поверхностных водоемов и с различных глубин. В связи с отчуждением воды с места водозабора происходит опускание уровня грунтовых вод. При этом площадь воронки депрессии, понижение уровня грунтовых вод определяется приходными и расходными статьями водного баланса используемых водоносных горизонтов, фильтрационными свойствами почв и пород. Изменение водного режима территории сказывается на экологическом состоянии системы, которое при проведении подобных мероприятий необходимо прогнозировать.

Целесообразно выделять следующие основные составляющие экологического прогноза при устройстве водозаборов:

1) оценка опускания уровня грунтовых вод и прогноз изменения почвенного покрова, свойств почв, плодородия почв;

2) оценка, в связи с изменением структуры почвенного покрова, возможного изменения биопродуктивности угодий, урожайности с/х культур, что определяется как изменением свойств почв, так и изменением водообеспеченности, дополнительного водного питания растений за счет капиллярной каймы;

3) оценка изменения эрозионных процессов, обусловленных изменением свойств почв, гумусированности, оструктуренности; изменением плотности почв; изменением базиса эрозии; изменением склонности к развеванию осушенных торфяных почв;

4) оценка изменения химического состава поверхностных и грунтовых вод;

5) оценка изменения обводненности, паводкового режима в связи с изменением водовместимости поверхностных горизонтов почв в связи с их эволюцией;

6) оценка изменения состава напочвенного воздуха в связи с изменением степени анаэробиозиса почв массива, изменения их ферментативной и микробиологической активности;

7) оценка изменения физико-механических свойств почв, проходимости территории;

8) оценка изменения распространения ареалов отдельных растений и возможные экологические последствия;

9) оценка изменения распространения ареалов отдельных животных, насекомых, птиц, рыб и возможные экологические последствия;

10) оценка изменения тепловых, гравитационных, электрических, магнитных полей в почве, крупных почвенных массивах и возможные экологические последствия.

Как правило, все перечисленные изменения взаимосвязаны, степень их проявления и экологическая значимость зависят от величины забора воды и буферных свойств почв и рассматриваемой экологической системы. Как правило, одни изменения могут иметь для экологической системы положительные значения, другие – отрицательные. При экстремальных значениях водозабора губительные нарушения экологической системы неизбежны, и следует рассматривать альтернативные варианты снабжения водой.

При отборе вод происходят следующие изменения: опускание уровня грунтовых вод, уменьшение стока в реки и поверхностного стока, опускание уровня водоносных горизонтов и их емкости, перехват вертикального и горизонтального миграционных потоков, подток из водоносных горизонтов соседних районов, ускорение миграции вниз по профилю за счет стока, ускорение стока с поверхности в связи с осушением верхнего горизонта. Прогноз изменения обводненности территории определяется количеством отбираемой для технических и хозяйственных нужд воды, гранулометрическим составом почв и пород, их коэффициентами фильтрации и высотой капиллярного поднятия, скоростью отбора воды, приходными и расходными статьями водного баланса используемых водоносных горизонтов.

Для оценки экологических последствий водозабора и опускания уровня грунтовых вод учитывают следующие составляющие: 1) опускание уровня грунтовых вод и уровней воды в колодцах, необходимость и стоимость подведения водопровода или углубления водозаборных скважин; 2) изменение почвенного покрова территории в связи с уменьшением степени ее гидроморфизма; 3) изменение плодородия почв; 4) ухудшение развития древесной растительности; 5) пересыхание малых рек, гибель рыбы, ухудшение состояния пойменных лугов; 6) уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур в связи с нарушением микроклимата территории; 7) усиление развития водной и ветровой эрозии; 8) изменение качества вод и необходимость замены технологических линий по их очистке.

Влияние опускания уровня грунтовых вод на рельеф проявляется в изменении базиса эрозии, в ускорении стока, в усилении развития водной и ветровой эрозии; в изменении микро- и мезорельефа, в связи с пересыханием западин, в усилении паводков и аллювиальных процессов. В почвенном покрове территории, в связи с осушением, уменьшается степень гидроморфизма, торфянистый горизонт переходит в перегнойный, а перегнойный – в дерновый, происходит сработка торфов, увеличение их илистости и минерализации. При промывном типе водного режима в таежно-лесной зоне происходит увеличение кислотности и элюирования профиля.

При осушении территории изменяется, в первую очередь, рН и Ehпочв, усиливается минерализация гумуса. Это сопровождается уменьшением подвижных соединений Mn, Al, Fe, NH₄, увеличением подвижных соединений нитратов, изменением подвижности тяжелых металлов. Влияние опускания уровня грунтовых вод на растительность отличается для автоморфных и полугидроморфных, гидроморфных территорий, для сельскохозяйственных культур, естественных травостоев, садов, лесов. Изменяя растительность, осушение влияет и на животный мир осушаемой и сопредельных территорий.