Удк 631. 6 Обоснование водных мелиораций агроландшафтов (на примере московской области)

Вид материала

Содержание

Ос - сумма осадков за расчетный период, мм; Е

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Глава 2. Характеристика ландшафтов Московской области

Во второй главе дается характеристика ландшафтообразующих факторов и компонентов ландшафтов рассматриваемого региона.

К ландшафтообразующим природным факторам, определяющим специфику геосистем, относятся: географическое положение, рельеф земной поверхности, геологическое строение, обводненность территории, характер растительного покрова, животный мир, климат. При этом климат, воды, почвы, растительность и животный мир относятся к зональным факторам, а геологическое строение и рельеф – к азональным факторам. Все перечисленные факторы принимают участие в формировании общего характера ландшафтов, как природно-территориальных комплексов.

Географически Московская область расположена между 56⁰ 58' и 54⁰ 15' северной широты и 35⁰ 06' и 40⁰ 15' восточной долготы. Площадь территории области составляет 47,0 тыс. кв. км (вместе с г. Москвой), из них г. Москва занимает площадь около 1,0 тыс. кв. км. Московская область расположена в средней части Русской (Восточно-Европейской) равнины, в междуречье р. Волги и р. Оки и является одной из центральных областей Российской Федерации.

Территория центральных областей европейской части Российской Федерации представляет собой равнину, поверхность которой отражает тектонические элементы Русской платформы. Общий наклон равнины к востоку объясняется наклоном горизонтов карбона Московской синеклизы в том же направлении. Западное и юго-западное крылья синеклизы приподняты, им соответствуют Валдайская и Средне-Русская возвышенности. Владимиро-Шиловский прогиб проявляется в виде Мещерской низины, а Окско-Цнинский вал – в виде Окско-Цнинского плато. В строении рельефа находят отражение и структуры более низких порядков - древней возвышенностью эрозионно-денудационного происхождения является Клинско-Дмитровская гряда.

Рельеф земной поверхности является результатом деятельности ледников четвертичного периода, доледникового и послеледникового процессов денудации. В современном рельефе сказывается деятельность последних трех оледенений: днепровского, московского и валдайского. Ледники и их талые воды являлись основными рельефообразующими факторами в границах московского оледенения, а за этими границами главная роль в формировании рельефа принадлежит эрозии. Изменения в связи с эрозией претерпел и ледниковый рельеф - в границах московского оледенения ледниковые формы рельефа в значительной степени видоизменены денудацией. В формировании рельефа большое значение имеет литологический состав рельефообразующих пород. В границах оледенения это преимущественно четвертичные валунные и покровные суглинки и водно-ледниковые пески и глины.

В геологическом строении рассматриваемой территории выделяют два структурных яруса. Нижний ярус представляет собой складчатый фундамент, сложенный сильно-дислоцированными кристаллическими породами архейского и протерозойского возраста. Верхний структурный ярус представлен отложениями позднего докембрия, кембрия, ордовика, девона, карбона, перми, триаса, юры, мела, палеогена, неогена и четвертичной системы.

Отложения четвертичной системы в рассматриваемом районе представлены континентальными образованиями, они имеют повсеместное распространение. Мощность их и строение на рассматриваемой территории изменяются в широких пределах в зависимости от морфологии дочетвертичного рельефа и особенностей распространения материковых оледенений. В толще четвертичных отложений выделяются морены окского, днепровского, московского и валдайского оледенений, песчано-глинистые водно-ледниковые, аллювиальные отложения, а также покровные суглинки, озерные и болотные образования.

В толще четвертичных отложений содержится комплекс подземных межпластовых вод и грунтовых вод. Подземные воды четвертичных отложений находятся в сложной взаимосвязи между собой, с подземными водами дочетвертичных пород, а также с поверхностными водами. Для большинства водоносных горизонтов четвертичных отложений характерны сравнительно небольшая глубина их залегания, малая минерализация воды и относительно небольшие ресурсы. Формирование вод четвертичных отложений связано, с постоянным и весьма интенсивным водообменом их с поверхностными водами. Основным источником питания этих вод являются атмосферные осадки.

Режим подземных вод характеризуется сезонными колебаниями, связанными главным образом с атмосферными осадками и испарением, а вблизи рек и озер находится под влиянием их режима. Воды четвертичных отложений, находящиеся в зоне активного водообмена, имеют минерализацию преимущественно от 0,1 до 0,5 г/л, и относятся к типу гидрокарбонатных кальциевых.

Основная часть описываемой территории Московской и соседних с ней областей занята бассейном Волги и ее главного притока Оки. Основные местные реки — Москва (длина 473 км) и Клязьма (239 км в пределах области). Важной водной артерией области является канал им. Москвы длиной 126 км, соединяющий Волгу с Москвой. Всего в области 353 реки длиной более 10 км, 3800 рек длиной менее 10 км. Длина всех водотоков области составляет 18766 км. Густота речной сети зависит от количества атмосферных осадков, геологического строения и рельефа, а также от характера почв и растительного покрова. Средняя густота речной сети в пределах Московской области составляет 0,40 км/км².

Режим рек Московской области типичен для равнинной части Европейской территории России. Характерным является высокое весеннее половодье, низкая зимняя и летняя межень, относительно небольшой паводок в осенний период. На внутригодовое распределение речного стока оказывает влияние климатический фактор (соотношение осадков и испарения в бассейне реки в разные сезоны года), а также величина водосбора, его залесенность, озерность и заболоченность, искусственные сооружения (плотины, водохранилища, пруды), нарушающие естественный режим рек.

Московская область расположена почти целиком в двух почвенных зонах: в зоне подзолистых почв и в зоне серых лесных почв. Южная граница подзолистой зоны проходит по Московской области в широтном направлении и на большей части своего протяжения совпадает с отрезком р. Оки между городами Серпухов и Озеры. Таким образом, две трети территории Московской области располагаются в пределах южной части подзолистой зоны, или, точнее, в пределах подзоны дерново-подзолистых почв. Южнее того же отрезка Оки и до широтного отрезка р. Осетр у г. Серебряные Пруды расположена зона серых лесных почв. Южная часть Серебряно-Прудского района Московской области, к югу от широтного отрезка р. Осетр, характеризуется развитием оподзоленных и выщелоченных черноземов.

Дерново-подзолистые почвы являются наиболее характерными для Московской области. По занимаемой площади они находятся на первом месте, покрывая около 61% территории области. Дерново-подзолистые почвы обладают сравнительно небольшим запасом питательных веществ и гумуса. Дерново-подзолистые почвы подразделяются в зависимости от соотношения мощности и степени выраженности подзолистого и гумусового горизонтов на дерново-сильноподзолистые, дерново-среднеподзолистые и дерново-слабоподзолистые почвы.

Растительный покров территории определяется принадлежностью ее к зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов и прохождением по ней границ южно-таежной и широколиственно-лесной подзон, где преобладают смешанные елово-сосновые и хвойно-широколиственные леса. Земли лесного фонда занимают около 42% территории области. Естественный растительный покров представлен также лугами (заливными и суходольными), кустарниковыми зарослями в поймах рек, растительными сообществами болот и побережий водоемов, водными растениями.

Климат Московской области обусловлен ее географическим положением в умеренных широтах и характеризуется как умеренно-континентальный. Климат характеризуется теплым летом, умеренно-холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо, выраженными переходными сезонами. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца – июля изменяется по территории от 17 ⁰С на северо-западе до 18,5 ⁰С на юго-востоке. Среднемесячная температура воздуха самого холодного месяца – января на западе области – 10⁰С, на востоке – 11⁰С, на севере области - 10,3°С, на юге - 9,8°С. Период с положительной среднесуточной температурой воздуха длится в среднем 209…215 суток. Относительная влажность воздуха, отражающая степень насыщения воздуха водяным паром, имеет годовой ход, обратный температуре воздуха. В холодный период года относительная влажность воздуха составляет в среднем 82…87% и мало меняется в течение суток. В летний период ее значения составляют 65…75%, при этом минимум наступает в 15…16 часов, максимум — перед восходом солнца.

Годовое количество осадков по Московской области составляет в среднем на севере 654 мм (Клин), на юге 593 мм (Кашира), на западе 640 мм (Можайск), на востоке 584 мм (Черусти). Максимум осадков приходится на июль, минимум — на март.

Для того чтобы судить об увлажнении, нужно знать не только количество влаги, поступающей в геосистему, но и количество расходуемой влаги, т.е. суммарное испарение или эвапотранспирацию. Общепринятым показателем потребности во влаге служит испаряемость, т.е. количество воды, которое может испариться с поверхности земли в данных климатических условиях при неограниченных запасах влаги. Величина испаряемости определяется запасами тепла, а также влажностью воздуха, которая, тоже зависит от термических условий. Поэтому соотношение испаряемости и осадков рассматривают как показатель соотношения тепла и влаги, или условий тепло-влагообеспеченности природного комплекса (геосистемы). Именно это соотношение дает представление о балансе тепла и влаги, позволяет оценить тип водного режима почв, интенсивность биологических процессов и зависимость почвенно-мелиоративных условий от этих факторов, дает возможность выявить основные факторы, лимитирующие плодородие почв, наметить мелиоративные мероприятия (орошение, осушение) и их интенсивность.

В качестве метода исследования природной тепло-влагообеспеченности территорий для целей мелиорации может быть использован анализ интегрального показателя, выраженного через климатический дефицит водного баланса за расчетный период. Климатический дефицит водного баланса, рассчитанный за теплый, биологически активный период года (со среднесуточной температурой воздуха более 5°С), позволяет установить потребность в водных мелиорациях (орошение, осушение), в первом приближении количественно оценить величины оросительных норм (для элювиальных фаций), необходимых для восполнения недостатка влаги в почве, или объемы отводимой избыточной влаги. Он может быть рассчитан по формуле

Д = Е - Ос , (1)

где Д - климатический дефицит водного баланса за период с температурой воздуха выше 5°С, мм; Ос - сумма осадков за расчетный период, мм; Е - испаряемость за расчетный период, мм.

Для определения испаряемости за расчетный период различными авторами предложено несколько формул. Опыт показывает правомерность использования для расчета декадной испаряемости Е, мм, формулы Н.Н. Иванова

E = 0,0061 (25 + Т)²(1 – 0,01a) , (2)

где Т - средняя за декаду температура воздуха, °С; а - средняя за декаду относительная влажность воздуха, %.

Испаряемость характеризует энергетические ресурсы климата. Она отличается от испарения, т.е. фактически испаряющейся влаги, величина которой на суше всегда меньше испаряемости, ограничена количеством выпадающих осадков и зависит от биологических особенностей растительного покрова. В результате осуществления водных мелиораций, улучшающих влагообеспеченность растений, реальное потребление влаги растениями может приближаться к потенциально возможному, т.е. к испаряемости.

Исходной информацией для расчета испаряемости рассматриваемой территории послужили данные метеостанций московского региона с длительными рядами наблюдений за климатическими характеристиками. Нами были обобщены и обработаны данные наблюдений за среднедекадной температурой и относительной влажностью воздуха, а также декадными количествами атмосферных осадков 18-ти метеостанций московского региона, из них 12 - расположенных в пределах семи физико-географических провинций области, с длительностью периода наблюдений 42 года (1959…2000 гг.). Длительность рядов наблюдений представляется достаточно репрезентативной.

По данным наблюдений за среднедекадной температурой и относительной влажностью воздуха нами была установлена длительность теплого периода, которая практически для всех метеостанций оказалась одинаковой: с 12-ой по 28-ю декаду (с 21 апреля по 10 октября). Для периода наблюдений были определены декадные значения потенциальной эвапотранспирации (испаряемости) по формуле Н.Н. Иванова и потенциальный дефицит климатического дефицита увлажнения теплого, биологически активного периода как разность между испаряемостью и атмосферными осадками.

Климатические характеристики (среднемноголетние значения) рассматриваемой территории для периода наблюдений приведены в таблице 1.

Таблица 1. Климатические характеристики физико-географических

районов Московской области

Физико-географические провинции	Физико-географические районы	Метео- станции	Осадки за год, мм	Осадки теплого периода, мм	Испаряемость теплого периода, мм	Дефицит увлажнения теплого периода, мм
Верхне-	Западный	Волоколамск	637	381	389	8
Волжская	Восточный	Клин	654	402	388	-14
		Дмитров	635	386	424	38
Смоленская	Западный	Можайск	640	381	374	-7
	Восточный	Можайск	640	381	374	-7
Московская	Западный	Н-Иерусалим	628	376	386	10
	Восточный	Дмитров	635	386	424	38
Москворецко-	Северный	Нарофоминск	638	367	399	32
Окская	Южный	Серпухов	589	351	445	94
Мещерская	Западный	ПавловскийПосад	641	362	426	64
		Егорьевск	616	354	429	75
	Восточный	Черусти	584	332	418	86
Заокская	Западный	Кашира	593	345	469	124
	Восточный	Коломна	561	325	423	98

Как следует из таблицы, все показатели закономерно изменяются с северо-запада на юго-восток, следуя ландшафтной зональности: осадки уменьшаются, а испаряемость и дефицит увлажнения - увеличиваются.

На основе полученных результатов нами были составлены графики обеспеченности (вероятности превышения) климатического дефицита увлажнения за теплый, биологически активный период года, показывающие тепло-влагообеспеченность физико-географических районов Московской области (рис. 1).

Была составлена также схематическая карта изолиний этого показателя по средним многолетним его значениям, иллюстрирующая распределение этого показателя по физико-географическим провинциям и районам Московской области (рис. 2).

Рис. 1. Графики обеспеченности климатического дефицита увлажнения территории области за теплый период года

Оценка результатов расчетов и сопоставление их с границами физико-географических провинций и районов Московской области позволили сделать следующие выводы. Значения климатического дефицита водного баланса характеризуются значительной изменчивостью по физико-географическим провинциям и районам Московской области. В пределах области дефицит водного баланса за теплый, биологически активный период года по средним многолетним его значениям в зависимости от физико-географического района изменяется от 150 мм на юго-востоке области до -10 мм на северо-западе, т.е. более чем на 160 мм. Существенно изменяется обеспеченность растений теплом и влагой в пределах физико-географических провинций и районов, что обусловливает необходимость изменения характера и интенсивности мелиоративных воздействий.

Следует учитывать также, что потребность в мелиорации зависит не только от зональных, но и от азональных особенностей природных условий. Обычно орошают возвышенные выровненные пространства, естественная увлажненность которых характеризуется климатическим количеством тепла и атмосферных осадков, на этих землях распространены зональные почвы. В осушении нуждаются, как правило, азональные природные объекты – элементарные ландшафты, которые из-за своего пониженного расположения получают дополнительное водное питание за счет притока со стороны возвышенных элементарных ландшафтов.

Рис. 2. Изолинии среднемноголетнего климатического дефицита увлажнения (мм) за теплый период для Московской области. Условные обозначения: 1, 2 – границы физико-географических (ландшафтных) провинций и районов соответственно; 3 – изолинии дефицита климатического увлажнения; 4 – метеостанции; 5 – обозначения физико-географических районов: I₁,I₂;II₁, II₂; III₁,III₂– Западный и Восточный районы соответственно Верхне-Волжской, Смоленской, Московской физико-географических провинций; IV₁,IV₂- Северный и Южный районы Москворецко-Окской провинции; V₁, V₂; VI₁,VI₂ - Западный и Восточный районы соответственно Мещерской, Заокской провинций;VII – район Среднерусской провинции.

Таким образом, рассчитанные нами параметры тепло-влагообеспеченности, дифференцированные по ландшафтным провинциям и ландшафтным районам Московской области позволяют в первом приближении наметить характер и интенсивность мелиоративных воздействий в агроландшафтах.

Одними из сильных антропогенных нагрузок на ландшафты являются осушение и орошение земель, которые сопровождаются созданием новых водотоков в искусственных руслах, изменением водного и связанных с ним режимов (воздушного, теплового, пищевого, солевого) почв и подстилающих отложений, изменением процессов почвообразования.

Площадь мелиорированных земель в Московской области, по данным департамента мелиорации МСХ РФ, в недалеком прошлом составляла более 407 тыс. га, из них осушаемых – более 263 тыс. га, орошаемых – более 143 тыс. га. В среднем по области мелиорировалось около 23 % сельскохозяйственных угодий. С середины 1990-х годов новое мелиоративное строительство в области было практически прекращено. Анализ картосхем расположения осушаемых и орошаемых земель Московской области, составленных объединением «Мосмелиорация» по состоянию на 01.01.1997 г. показывает, что территориальное размещение мелиорированных земель в Московской области, в целом, было правильным. Наибольшее количество осушаемых сельскохозяйственных земель было сосредоточено в северо-западных физико-географических районах и в Мещерской физико-географической провинции. В южных физико-географических районах осушаются, в основном, пойменные земли рек Москвы и Оки. Наибольшее количество орошаемых земель сосредоточено в южных физико-географических районах. В северных физико-географических районах орошаются, в основном, осушенные пойменные земли рек Сестры, Яхромы и Дубны.

Blog

Удк 631. 6 Обоснование водных мелиораций агроландшафтов (на примере московской области)

Содержание