Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов на примере рек Западного Башкортостана (04.10.2010)

Автор: Хафизов Айрат Райсович

На водосборах лугостепной группы рекомендуется регулярное орошение элювиальных и трансэлювиальных фаций (74% площади водосборов) с предполивной влажностью 0,72 ППВ. Рекомендуется осушение супераквальных фаций (до 14% площади водосборов) с нормами до 0,7 м. Относительная допустимая промываемость почвы составляет 0,12 в долях от впитывания воды в почву и 0,16 в долях от суммарного испарения. На водосборах степной группы рекомендуется регулярное орошение всех фаций водосборов с предполивной влажностью 0,72 ППВ. Рекомендуется осушение супераквальных фаций (до 15% площади водосборов) с нормами до 1,1 м. Относительная допустимая промываемость почвы составляет 0,18 в долях от впитывания воды в почву и 0,53 в долях от суммарного испарения.

Относительная продуктивность водосборов в результате водных мелиораций у водосборов лугостепной группы возрастет в 1,5 раза, степной группы – 3,3 раза. У водосборов лугостепной группы при выращивании картофеля для покрытия дефицит гумуса 0,05 т/(га•год) нужно ежегодно под картофель вносить 0,7 т/(га•год), а у водосборов степной группы при дефиците 0,96 т/(га•год) – 14,9 т/(га•год) полуперепревшего навоза. При включении в севооборот многолетних трав, дающих два укоса, баланс гумуса будет бездефицитным.

В работе рассмотрены 35 катены 23 водосборов Западного Башкортостана, составляющие 79% всех земель Башкортостана. Западный Башкортостан является частью Русской равнины с зональными ландшафтами умеренного климата. По работе сформулированы следующие выводы:

1. Обзор научных работ по проблеме комплексного обустройства водосборов показал необходимость разработки единой методики комплексного обустройства водосборов, позволяющей рациональное использование их территории, сохраняя и повышая при необходимости их экологическую устойчивость. Существующие научные исследования недостаточно учитывают взаимосвязь между природными компонентами и, в основном, направлены на изучение отдельных компонентов водосборов. Методы и технологии комплексного обустройства должны позволять решать стратегические задачи крупных геосистем, примером которой в нашем случае является территория Западного Башкортостана. Разнообразие структур, литологического и геологического строения, форм рельефа, природно-климатических характеристик рассматриваемых водосборов представляет всю совокупность особенностей функционирования данной геосистемы и позволяет разработать единую программу комплексного обустройства равнинных водосборов Западного Башкортостана.

2. Анализ методологических подходов и приемов моделирования в мелиорации показал, что исследования по комплексному обустройству водосборов необходимо проводить с использованием всей совокупности существующих методологических подходов в мелиорации, выделяя приоритетными геосистемный и катенарный подходы. При этом обоснована оптимальность использования математических моделей для описания природных процессов, происходящих в таких сложно организованных системах, как водосборы.

3. Применение геосистемного и катенарного подходов расширило представления о моделировании катен водосборов и позволило представить структуру водосборов в виде иерархического ряда: фаций, катен и арен. Установлена взаимосвязь между водосборами и физико-географическими районами, ландшафтными зонами: по ГТК Селянинова и коэффициенту увлажнения. Границы фаций определены по морфометрическим схемам водосборов.

4. Создана морфометрическая модель катены водосбора, состоящая из четырех фаций с разным высотным расположением: элювиальной, трансэлювиальной, трансаккумулятивной и супераквальной. Для адаптации модели катены к изучаемым условиям, выполнен геоморфологический анализ водосборов Западного Башкортостана. На основе картографических исследований получены морфометрические показатели и сконструированы геоморфологические схемы катен, учитывающие морфометрические особенности водосборов Западного Башкортостана. Разработаны расчетные модели для 35 катен водосборов Западного Башкортостана, учитывающие многолетние (1978/2009 годы) метеорологические и почвенно-геологические условия водосборов, мелиоративные режимы рассматриваемых катен.

5. На основе теоретических исследований усовершенствована математическая модель влагопереноса в катенах водосборов, базирующаяся на дифференциальном уравнении двумерного передвижения влаги в почве и под уровнем грунтовых вод. Разработана компьютерная модель функционирования катен водосборов, позволяющая определять параметры водного режима и продуктивности катен водосборов, моделируя почвенно-геологические, геоморфологические и метеорологические условия, различные мелиоративные режимы на водосборах. Модель позволяет выполнить численный эксперимент и моделировать комплексные задачи, возникающие при обустройстве водосборов. Правильность разработанных схем и расчетных моделей, достоверность полученных результатов подтверждены сходимостью рассчитанных по модели значений среднемноголетнего годового местного стока в период с 1978/2009 годы с аналогичными данными, приведенными на официальных картах стока (расхождение не более 10%).

6. Систематизированы и классифицированы водосборы Западного Башкортостана по физико-географическим и природно-климатическим показателям. Классификации водосборов разработаны на основе физико-географического и ландшафтного районирования, осуществляемые по ландшафтно-бассейновому принципу и учитывающие характерные особенности структуры почвенного покрова, растительного сообщества, гидрографии, рельефа и условия тепловлагообеспеченности территорий. Показано, что для оценки экологического состояния и выработки единой целостной системы комплексного обустройства водосборов больше подходит классификация водосборов по природно-климатическим показателям (по тепловлагообеспеченности).

7. Результаты модельных исследований позволили обосновать необходимость водных мелиораций фаций катен при комплексном обустройстве водосборов, объединенных в ландшафтные группы. На водосборах лесной и лесолуговой групп регулярное орошение не требуется. На остальных группах водосборов требуется регулярное орошение: у лесостепных – элювиальных, лугостепных - элювиальных и трансэлювиальных, степных – всех фаций водосборов. Рекомендуется осушение супераквальных фаций всех групп водосборов. Проведенная оценка экологической устойчивости водосборов при проведении водных мелиораций, позволила определить экологически безопасные оросительные и осушительные нормы по ландшафтным зонам. Оросительные нормы при регулярном орошении по группам составляют: в лесостепной - 30/80 мм, в лугостепной - 50/120 мм и в степной - 220/550 мм в год; осушительные нормы всех групп - 0,7/1,1 м. Относительная продуктивность водосборов в результате водных мелиораций возрастет в 1,3/3,3 раза.

8. На основе результатов модельных и теоретических исследований выявлены динамики изменения составляющих поверхностного стока и статей водного баланса водосборов при орошении и осушении по лесной, лесостепной и степной ландшафтным зонам. По полученным графическим зависимостям следует, что при орошении и осушении требуемых фаций с экологически безопасными нормами в направлении от лесной к степной зоне, тренды впитывания воды в почву во всех фациях, а подземного оттока у элювиальных и водообмена у супераквальных фациях меняются в сторону повышения; тренды эвапотранспирации во всех фациях не меняют своего направления.

9. Решена задача оптимизации экологической инфраструктуры водосборов путем установления рациональных соотношений земельных угодий, обеспечивающих экологическую устойчивость водосборов по ландшафтным зонам. У водосборов Западного Башкортостана проведена комплексная оценка современного состояния, оценены степени экологической устойчивости и оптимизированы инфраструктуры. Водосборы, занимающие более 70% площади Западного Башкортостана обладают низкой и очень низкой степенью экологической устойчивости. По ландшафтным зонам экологическая устойчивость водосборов снижается от лесной к степной зоне в направлении с северо-запада на юго-восток. Воздействие техногенных факторов особенно сильно сказалось в степных и лугостепных зонах, где произошли необратимые изменения естественной растительности и других природных компонентов. Оптимизировать структуру и повысить экологическую устойчивость водосборов рекомендуется варьированием площадей и/или проведением водных мелиораций пашен водосборов.

10. Впервые предложена методика расчета водообмена катен водосборов. В основу расчета положен принцип определения величины водообмена через серию номограмм, выражающих зависимость водообмена от глубины грунтовых вод, предполивной влажности, коэффициентов поверхностного стока и крутизны склонов катен водосборов при различных матричных коэффициентах фильтрации. Номограммы построены по результатам исследований процессов водообмена на модели функционирования катен водосборов. Методика включает рекомендации по определению матричных коэффициентов фильтрации по типам почв Западного Башкортостана. Разработанный метод позволяет определять коэффициенты экологической устойчивости мелиорированных катен при известных предполивных влажностях почв водосборов.

11. Впервые на примере водосборов Западного Башкортостана разработана целостная система комплексного обустройства, обеспечивающая получение максимально возможных урожаев сельскохозяйственных культур при сохранении экологической устойчивости водосборов. На их основе составлены практические рекомендации по комплексному обустройству водосборов, включающие оптимизацию структуры и восстановление экологического каркаса; облагораживание местной гидрографической сети и создание искусственных водоемов; предупреждение и борьбу с эрозией и дефляцией почв; регулирование эколого-геохимической устойчивости почв; водные мелиорации земель; регулирование баланса гумуса на обустраиваемых территориях.

Основные положения диссертации изложены в 42 научных работах, основными из которых являются 14 статей, опубликованные в восьми разных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Хафизов, А. Р. Фильтрационные исследования грунтовой плотины Таналыкского водохранилища [текст] / А. Р. Хафизов, Д. Н. Кутлияров // Мелиорация и водное хозяйство. - М., 2007.-№ 5. - с. 35-38.

2. Хафизов, А. Р. Обоснование необходимости обустройства водосборов Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Природообустройство. - М., 2008. - № 3. - с. 32-35.

3. Хафизов, А. Р. Перспективы обустройства водосборов в Башкирии [текст] / А. Р. Хафизов // Мелиорация и водное хозяйство. - М., 2008. - № 6. - с. 9-10.

4. Хафизов, А. Р. Модель устойчивого функционирования водосбора реки Таналык [текст] / А. Р. Хафизов, Д. Н. Кутлияров // Достижения науки и техники АПК. – М., 2009. - №2. - с.49-52.

5. Хафизов, А. Р. Экологическая устойчивость водосборов Башкирского Зауралья [текст] / А. Р. Хафизов, Д. Н. Кутлияров // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». - М., 2009. - Выпуск 1(32). - с. 58-62.

6. Хафизов, А. Р. Геоморфологический анализ равнинных водосборов Западного Башкортостана при их комплексном обустройстве [текст] / А. Р. Хафизов, А. Ф. Хазипова, А. В. Шакиров // Проблемы региональной экологии. – М., 2009. - №5. – с.125-129.

7. Хафизов, А. Р Геоэкология водосборов степной зоны Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов, Д. Н. Кутлияров // Природообустройство. – М., 2009. - №5. - с.36-39.

8. Хафизов, А. Р. Экологическая трансформация инфраструктуры водосборов Западного Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов, А. В. Шакиров // Проблемы региональной экологии. – М., 2009. - №6. – с.9-14.

9. Хафизов, А. Р. Оптимизация структуры земельных угодий водосборов Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Достижения науки и техники АПК. – М., 2010. - №2. – с.8-10.

10. Хафизов, А. Р. Экологические проблемы и комплексное обустройство водосборов Западного Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Аграрный вестник Урала. - М., 2010.-№3(69). - с. 86-88.

11. Хафизов, А. Р. Моделирование функционирования водосборов при их комплексном обустройстве [текст] / А. Р. Хафизов // Мелиорация и водное хозяйство. - М., 2010. - № 3. - с. 34-37.

12. Хафизов, А. Р. Моделирование природных процессов при комплексном обустройстве водосборов [текст] / А. Р. Хафизов // Проблемы региональной экологии. – М., 2010. - №4. – с.49-53.

13. Хафизов, А. Р. Обоснование необходимости водных мелиораций при комплексном обустройстве водосборов [текст] / А. Р. Хафизов // Известия ТСХА. – М., 2010. - №5. – с. 32-35.

14. Хафизов, А. Р. Экологические режимы сельскохозяйственных мелиораций при комплексном обустройстве водосборов Западного Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Достижения науки и техники АПК. – М., 2010. - №8 . – с. 40-42.

Другие публикации:

15. Хафизов, А. Р. Гидрогеологические аспекты обустройства крупных сел Республики Башкортостан [текст] / А. Р. Хафизов // Труды 1-го Центрально-азиатского геотехнического симпозиума. – Астана, Казахстан, 2000. – Том 2. – с. 45-47.

16. Хафизов, А. Р. Оценка гидрохимического состояния водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования [текст] / А. Р. Хафизов // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». – М.: Изд. МГУП, 2007. – Часть 1. – с. 287-290.

17. Хафизов, А. Р. Водосборы Республики Башкортостан и проблемы их рационального использования [текст] / А. Р. Хафизов // Сборник материалов 3-ей Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству». - Барнаул: Изд. АГАУ, 2008.-Том 3.-с. 339-341.

18. Хафизов, А. Р. Рациональное использование и комплексное обустройство водосборов Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XVIII международной специализированной выставки «Агрокомплекс – 2008» «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения». – Уфа, 2008. – Часть 2. – с. 301-304.

19. Хафизов, А. Р. Водосборы Республики Башкортостан и пути превращения их в культурные ландшафты [текст] / А. Р. Хафизов // Сборник материалов Международной научной конференции «Экологические и правовые проблемы водо- и землепользования». – Улан-Уде: Изд. БГСХА, 2008. – с. 89-95.

20. Хафизов, А. Р. Сравнительная оценка искусственной озерности водосборов Западного Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов, А. Ф. Хазипова // Сборник материалов Международной научной конференции «Экологические и правовые проблемы водо- и землепользования». – Улан-Уде: Изд. БГСХА, 2008. – с. 54-59.

21. Хафизов, А. Р. Оптимизация структуры земельных угодий водосборов Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов, А. Ф. Хазипова, Д. Н. Кутлияров // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в рамках XIX международной специализированной выставки «Агрокомплекс – 2009» «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения». – Уфа, 2009. – Часть 2. – с. 297-301.

22. Хафизов, А. Р. Воздействие техногенных факторов на природные компоненты водосборов Западного Башкортостана [текст] / А. Р. Хафизов // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса». – Омск, 2009. – с. 10-14.

23. Хафизов, А. Р. Классификация водосборов Западного Башкортостана по природно-климатическим показателям [текст] / А. Р. Хафизов // Вестник УМО по образованию в области природообустройства и водопользования. – М. : Изд. МГУП, 2010. - № 2. - с. 62-64

24. Хафизов, А. Р. Теоретические основы и математическое описание влагопереноса в катенах водосборов [текст] / А. Р. Хафизов // Вестник ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет». - Уфа., 2010. - Выпуск 2. - с. 44-48.


загрузка...