Обоснование целесообразности мелиораций малых водоемов и рекомендации по их проведению

УДК 556.524:556.512

В. А. Белов

А. И. Перелыгин

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ МЕЛИОРАЦИЙ МАЛЫХ

ВОДОЕМОВ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРОВЕДЕНИЮ

В статье обсуждается критическое состояние малых водоемов, насчитывающихся в стране более 100 тысяч, которые аккумулируют большой объем водных ресурсов и занимают значительную часть овражно-балочной сети. Отмечается, что без проведения соответствующих мероприятий с течением времени многие водные объекты перейдут из разряда хозяйственно-значимых в разряд наносящих вред окружающей среде и человеку. Предлагается изменить потребительское отношение к малым водоемам. Перечисляются основные условия, определяющие необходимость проведения мелиорации малых водоемов. Бороться с негативными проявлениями на водоемах предлагается комплексно, посредством применения различных видов мелиораций: растительных, инженерных, водных, химических, воздушных, технических. Проведению мелиораций должно предшествовать всестороннее и детальное обследование гидротехнических сооружений и разработка проектной документации. Малые водоемы, созданные человеком, являются «живым организмом» природы, требующим научно-обоснованного ухода.

Ключевые слова: малые водоемы, защита окружающей среды, растительные мелиорации, инженерные мелиорации, водные мелиорации, химические мелиорации, воздушные мелиорации, технические мелиорации, ложе, водосбор, овражно-балочная сеть.

V. A. Belov

A. I. Perelygin

SUBSTANTIATION OF SUITABILITY FOR RECLAMATIONS OF SMALL WATER BODIES AND ADVICE ON THEIR IMPLEMENTATION

Critical state of small water bodies numbering in our country more than one hundred thousand is pointed out in the article. They accumulate considerable volume of water resources and occupy quite a number of ravine and gully network. In time without appropriate reclamation measures these water objects will pass from the category of economically significant to category of causing damage to the environment and a human being. Under emerged conditions it is necessary to change purely exploitative treatment of small water bodies and depending on the state of a water body and drainage area it is proposed to conduct different kinds of reclamations: vegetable, engineering, water, chemical, aerial and technical reclamations. Small water bodies created by a man are the "living organism" of nature requiring theoretically substantiated maintenance.

Key words: small water bodies, environmental protection, vegetable reclamations, engineering ameliorations, water reclamations, chemical reclamations, aerial reclamations, engineering reclamations, bed, drainage area, ravine and gully network.

В существовании малых водоемов имеется определенный позитив: регулируемое перераспределение местного поверхностного стока и воз-

можность использования водных ресурсов территории для обводнения, орошения, сельскохозяйственного освоения, рекреаций, рыбоводства, предотвращения эрозийных процессов в оврагах, задержка продуктов эрозии в водосборе, трансформация паводкового стока и уменьшение паводковых расходов и др.

Одновременно, как при устройстве малых водоемов, так и при их функционировании, создаются и определенные негативы для окружающей природной среды. Это затопление, подтопление и заболачивание земельных или лесных угодий, карстово-суффозионные процессы, абразия, оползневые явления, испарение и фильтрация воды. При наличии мелководий с хорошо прогреваемой водой в малых водоемах интенсивно развиваются процессы роста водной фитомассы (сине-зеленых водорослей, сорной и малоценной растительности, цветение воды и др.).

Как при создании, так и при использовании малых водоемов возникает значительное количество проблемных вопросов. Необходимо решать проблемы потерь воды (испарение и фильтрация), терморегулирования водной толщи (прогревание и замерзание), контроля и обеспечения должного качества воды (минерализация, цветение, микробиологическое загрязнение и др.), регулирования процессов заиления и зарастания, обеспечения устойчивости береговых склонов и искусственных сооружений и прочие.

Колебание уровней в малом водоеме оказывает кардинальное воздействие на уровенный режим грунтовых вод прилегающей территории. При снижении дренированности ложа и берегов малого водоема наблюдается процесс подъема зоны выклинивания грунтовых вод, что повышает оползнеопасность его берегов. Особенно опасен процесс подъема уровней воды в малых водоемах и соответственно процесс изменения положения зоны выклинивания на откосах берегов и плотин в зимнее время при чередовании теплых и холодных периодов. В таких условиях более реальными

становятся образования обрушений, деформаций, оползней и оплывания откосов. При подъеме положения зоны выклинивания наблюдается процесс подъема по откосу зарослей водно-болотной растительности и одновременно наблюдается гибель деревьев из-за вымокания корневой системы. Данное явление снижает защитные функции лесонасаждений на откосах и в береговой зоне малого водоема.

За счет воздействия волн при частом и резком изменении уровней воды в малых водоемах стимулируется процесс абразии берегов, особенно сложенных из рыхлых грунтов.

Заиление ложа малого водоема приводит к уменьшению фильтрации воды из него, что снижает скорость подъема грунтовых вод, но приводит к увеличению их подпора за счет снижения их дренирующей способности. Это проявляется чаще всего на отлогих берегах малых водоемов, на дне и подводных участках ложа.

Значительное влияние на состояние малых водоемов оказывает растительность. Растения являются индикатором жизни малых водоемов, вида и состава загрязнений их вод. Растения макрофиты при жизни способствуют очищению вод малого водоема, а при их разложении наблюдается обратный процесс. С одной стороны, качество воды в малых водоемах в значительной степени зависит от состава и количества биоценозов непосредственно в малых водоемах и по их берегам, а с другой стороны, состояние биоценозов зависит от химического, биологического, температурного и уровенного режима малого водоема. Приводная и водная растительность защищает малый водоем и очищает воду, а при разложении биоценоза или отмирании прибрежной растительности - на состояние малого водоема оказывается негативное воздействие (закисание вод, заиление, абразия, ухудшение качества вод, увеличение болотного газа, уменьшение растворенного кислорода). К негативным процессам приводит и перена-

сыщение малого водоема «живой» растительностью, в связи с чем необходимо осуществлять регулирование растительности в малых водоемах.

Остро стоит проблема «теплового загрязнения» вод в малом водоеме. При относительно малой глубине воды и низком водообмене вода в нем под воздействием солнечной радиации прогревается по всей толще. А это, в свою очередь, приводит к формированию в ней процессов эвтрофикации и снижению интенсивности процессов самоочищения.

Особую проблему малых водоемов составляет систематическое накопление в отложениях илов сложных, трудно и долго разлагаемых вредных и даже опасных веществ. Этот процесс протекает относительно незаметно, до тех пор, пока концентрация опасных загрязнителей не достигнет критических порогов. Для предотвращения такого накопительного процесса необходимо периодически очищать малый водоем, а за процессом вести систематические наблюдения. Отметим, что опасность представляют и илы, находящиеся на временно осушаемых участках малого водоема при понижении уровня воды в них.

Многие из возможных негативных проявлений могут быть предотвращены посредством проведения мелиораций малых водоемов. К настоящему времени проблема реализации их мелиораций приобрела особую актуальность, а необходимость практических работ в этой области стала особенно обостренной. Сложившееся положение вызвано следующими обстоятельствами:

- в стране имеется большое количество малых водоемов, в которых сосредоточен значительный объем водных ресурсов, занимающих значительную часть овражно-балочная сети. С течением времени без проведения соответствующих мелиоративных мероприятий эти водные объекты перейдут из разряда хозяйственно-значимых в разряд наносящих вред окружающей среде и человеку;

- дальнейший рост водопотребления в сочетании с повышением экологических требований к охране природной среды потребуют коренных мелиораций водных объектов как элементов природы, так и искусственно созданных человеком.

Создание, использование и мелиорации водных объектов вызваны социальными потребностями людей.

Основными условиями, определяющими необходимость проведения мелиораций малых водоемов, являются следующие:

- изменение или расширение спектра направлений использования; недостаточный объем (емкость) объекта;

- недостаточные глубины малого водоема;

- неприемлемая эстетика;

- засоренность малого водоема;

- недопустимое зарастание малого водоема внутриводной и около-водной растительностью;

- недопустимая абразия;

- наличие или формирование мелководий;

- неприемлемое изменение качества вод;

- необходимость уменьшения потерь вод на испарение и фильтрацию;

- предотвращение заиления, загрязнения и оползневых процессов;

- необходимость в регулировании шуго-ледового режима;

- необходимость в регулировании водного режима прилегающей территории;

- потребность в создании дополнительных искусственных емкостей вне и в пределах существующих в природе понижений, углублений или промоин естественного рельефа;

- необходимость в улучшении состояния водной акватории и обустройство береговой и приплотинной зоны.

Вышеназванные позиции следует рассматривать как «целевые» задачи мелиораций водных объектов.

Мелиорация водных объектов и прилегающих к ним территорий предусматривает защиту берегов и сооружений от снеголедовых воздействий, сооружений - от разрушений и территорий от затоплений и от других катастроф при пропуске паводков, территорий - от постоянных затоплений и подтоплений, берегов - от абразии, а откосов и склонов - от оползней, осыпей и оплывания грунта, территорий - от подъема грунтовых вод и противофильтрационную защиту малых водоемов от фильтрационных потерь, земель - от заболачивания и засоления, земель - от оврагообразова-ния, водных объектов - от естественного загрязнения в период половодий (снеготаяния) и ливневого стока при разложении в водной среде растительности и живых организмов, водопое скота и купании, вод - от химического, радионуклидного, биологического и теплового загрязнения, малых водоемов - от засорения производственными и бытовыми отходами, малых водоемов - от водного истощения из-за уменьшения стока или чрезмерного водопотребления, водных объектов - от непроизводительных потерь вод на испарение с водной поверхности малых водоемов.

Указанные позиции могут быть определены как «защитные» задачи мелиораций водных объектов.

Решить перечисленные задачи можно только комплексно, посредством применения различных видов мелиораций, мелиоративных приемов и средств.

Мелиорированию малых водоемов предшествует всестороннее и детальное обследование состояния гидротехнических сооружений, разработка проектной документации (проекта мелиораций).

При обследовании плотин:

- устанавливается наличие выхода фильтрационного потока в местах сопряжения тела плотины с сооружениями, берегами и на низовом откосе;

- оценивается состояние и работоспособность дренажных устройств;

- регистрируется состояние откосов плотины (дамбы) и ее гребня;

- устанавливается наличие трещин, просадок и выпучивания на участках тела плотины (дамбы);

- фиксируется состояние креплений откосов.

При обследовании водосбросов оценивают состояние водоприемной части гидротехнического оборудования, водопроводящей и концевой их частей.

При обследовании ложа малого водоема дается оценка топографии, объема и состояния отложений наносов.

В процессе разработки проекта мелиорации водосбора на топографической карте оконтуривают зону водосбора, водоохранную и прибрежную зоны с учетом топографических, геологических, гидрологических, почвенных, социально-хозяйственных и других условий. Для выделенных зон устанавливают режим и условия природопользования, предусматривают противоэрозийные, противооползневые, стокорегулирующие мероприятия (лесонасаждения и посев трав, агромелиоративные мероприятия, закрепление вершин, дна и откосов оврагов и промоин, водомелиоративные и средозащитные мероприятия и др.). Водоохранная и прибрежная зоны должны быть соответствующим образом инженерно обустроены (коммуникации, зоны отдыха, проходы к пруду и др.).

В проекте мелиорации малых водоемов необходимо предусмотреть мелиорирование прилегающих к ним земель, где могут проявляться процессы их засоления при подъеме уровня грунтовых вод и их испарения.

При выборе стратегии и тактики мелиорации малых водоемов кроме природно-климатических, сложившихся хозяйственно-социальных условий учитывают и направление их использования. Так, рекреации накладывают определенные ограничения на уровенный режим, качество воды, условия использования водоемов, обустройство прилегающих территорий,

на состав флоры и фауны. В ряде случаев малые водоемы следует сохранять и мелиорировать только в целях их рекреационного использования (купание, рыбная ловля). Хозяйственное использование малого водоема выдвигает свои требования. Мелиорация должна предусматривать и соответствующее рекреационно-инженерное обустройство территории и водоема. При рекреационной мелиорации необходимо учесть ожидаемую рекреационную нагрузку и то обстоятельство, что у наветренного берега температура воды выше, чем у подветренного. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении рекреаций.

В комплексе мелиоративные работы на малом водоеме включают:

- растительные мелиорации (залужение склонов и водоохранных зон, установление особого режима землепользования, землеустройства, растениеводства, противоэрозионные посадки и др.);

- инженерные мелиорации (расчистка и формирование ложа малых водоемов, противофильтрационная и противооползневая защита, устройство необходимых гидротехнических сооружений, дамб и каналов на эрозионных стоковых участках, укрепление берегов, устройство дренажа, обустройство малого водоема и прилегающей территории);

- регулирование водного, уровенного, наносного режима для целей хозяйственного использования водоема.

Главным принципом использования, мелиорации и охраны малых водоемов является комплексный подход к выбору мероприятия. Среди намечаемых мер должно быть предусмотрено удаление наносов техническими и гидротехническими средствами и приемами. В частности, необходимо предусматривать в составе гидроузлов нанососбросные сооружения. В таком случае отказываются от поверхностных водосбросов, а в ряде случаев и от водовыпусков, совмещая их функции в одном водонанососбросном сооружении.

При определении направлений мелиорации предусматривают проведение мероприятий по уменьшению объемов испарений и фильтрации, по регулированию заиления и зарастания, регулированию уровенного режима, поддержанию должного качества вод, предотвращению разрушения берегов и сооружений, загрязнения и захламления малых водоемов. В зависимости от направленности улучшений или охраны малого водоема выбирают тот или иной вид мелиорации или их комплекс. При их проведении следует учитывать данные по топографии, гидрологии, гидравлике, геологии, гидрогеологии, гидробиологии, гидроэкологии и гидрохимии.

Для регулирования количества, состава и расположения растительности применяют технические, растительные, водные, химические, воздушные и зоомелиорации малых водоемов.

Технические мелиорации реализуются посредством следующих мероприятий: регулирование водной биомассы посредством механического ее удаления; окашивание и удаление приводной растительности; удаление погибающих растений, деревьев и кустарников в водоохраной зоне; расчистка отложений вместе с корневой системой и семенами растений.

Растительные мелиорации осуществляют посредством культивирования лесных и кустарниковых насаждений и растительности в необходимых для охраны и улучшения состояния пруда объемах.

Водные мелиорации реализуются посредством таких мероприятий,

как:

- изменение уровня воды в малом водоеме в периоды прорастания и вегетации растений (затопление);

- периодическое (обычно в предшествии зимнего периода) опорожнение для вымораживания корневой системы и семян растений;

- подача в малый водоем воды с качеством, предупреждающим развитие водной растительности.

Зоомелиорации осуществляют посредством репродукции в малых водоемах растительноядных гидробионтов.

Химические мелиорации реализуются посредством регулируемого применения химических веществ.

Воздушные мелиорации выполняются посредством подачи в водную среду воздуха (кислорода) для угнетения определенных видов внутривод-ной растительности (сине-зеленых водорослей).

Регулирование объема, качества и состава вод в малых водоемах достигается применением различных видов мелиораций.

Мелиорирование по регулированию объема, качества и состава вод начинают с водосбора. В рамках технических мелиораций агротехническими и гидротехническими мероприятиями, способами и приемами осуществляют сбор и транспорт поверхностного и грунтового стока в водный объект, на котором устроен малый водоем. Вода отводится к поверхности водосбора по естественным и искусственным элементам первичной гидрографический сети. При этом, в рамках технических мелиораций гидромелиораторы по согласованию с агромелиораторами и лесомелиораторами проводят такие мелиоративные мероприятия как аккумулирование стока, отвод поверхностных, дождевых и талых вод в гидрографическую сеть, осуществляют регулирование снеготаяния и отвод грунтовой воды (грунтового стока), проводят мероприятия по переброске местного стока, осуществляют обвалование водосборов, проводят планировку и террасирование, а также технические мероприятия по предотвращению эрозии почвы, аккумулированию и удалению с гидрографической сети продуктов эрозии. В рамках технических мелиораций проводят землеустройство водных объектов и, в частности, выделение и отмежевание категорированных зон (водоохранных, прибрежных, эрозионноопасных), а также перекатего-рирование существующего использования земель с позиций водного обустройства территории водосбора. Для регулирования и перераспределения

стока на водосборе активно применяются средства технических и растительных мелиораций.

Качество и состав воды непосредственно в малом водоеме улучшается посредством технических, растительных, воздушных, водных и зоомелиораций.

При техническом (технические мелиорации) регулировании качества воды в малом водоеме применяют отстаивание, в процессе которого осаждаются взвеси и осуществляют механическое удаление загрязнителей. При соответствующем обосновании и условиях возможно проведение механического перемешивания вод в малом водоеме и даже фильтрование поступающей в него воды.

Водные мелиорации качества воды в малом водоеме реализуются посредством такого мелиоративного мероприятия, как периодическая замена воды водой другого качества (опорожнение с последующим заполнением водой из мелиоративных резервных прудов, водоисточника или посредством переброски стока).

Воздушные мелиорации воды в малом водоеме осуществляются посредством таких мероприятий как аэрация (воздушная, кислородная, углекислая), озонирование и дегазация, проведением воздушного барбодажа и утепления.

Качество воды в малом водоеме может улучшаться посредством растительных мелиораций продуцированием соответствующей внутриводной растительности.

Качество воды может регулироваться проведением химических мелиораций с применением соответствующих химических средств, а также посредством продуцирования живых организмов (зоомелиорации).

Уменьшение потерь воды из малого водоема осуществляется устройством противофильтрационной защиты (инженерные мелиорации) и снижением испарений посредством регулирования температуры и интенсив-

ности ветра, лесными насаждениями в водоохранных зонах (растительные мелиорации).

Защита малых водоемов от заиления и захламления осуществляется проведением:

- технических мелиораций посредством уменьшения поступления продуктов эрозии с водосбора (противоэрозионная агротехника, противо-эрозионная гидротехника, закрепление вершин оврагов, аккумулирование и удаление продуктов эрозии на первичной гидрографической сети), взмучивания и предотвращения отложения наносов, удаления отложившихся наносов, удаления отложившихся наносов в ложе малого водоема средствами механизации;

- водных мелиораций посредством промывки наносов водным потоком;

- растительных мелиораций на водосборе по предупреждению водной эрозии и перераспределения наносного стока, а непосредственно у водоема устройством илофильтров и стокорегулирующих насаждений.

Защита малых водоемов от разрушения осуществляется проведением:

- инженерных мелиораций посредством регулирования их морфометрических параметров (укрепление берегов, углубление, обвалование, отсечение или зачистка мелководий, формирование береговой зоны, защита берегов от оползней), а также регулирования снего-ледовых процессов и проведения противофильтрационной и противооползневой защиты;

- земельных мелиораций, проводимых посредством замены грунта и кольматажа;

- растительных мелиораций, осуществляемых посадкой берего- и откосоукрепляющих насаждений.

Мелиорации малых водоемов предусматривают ликвидацию бактериального загрязнения (дезинфекция, утилизация загрязнений и уничтожение сухого остатка).

Обязательным условием мелиорации малых водоемов является их инженерное обустройство.

При принятии решения о мелиорации малых водоемов следует учитывать следующие соображения:

- овражно-балочные и отдельные речные (русловые) пруды и водоемы возможно мелиорировать (устраивать) в их верховой части при острой их хозяйственной необходимости и соответствующем экологическом обосновании;

- мелиорируемые малые водоемы не должны иметь мелководий, а средняя их глубина должна превышать 3,0 м при возможно минимальной площади поверхности их зеркала;

- в каскаде существующих прудов при мелиорации отдельных из них большая часть должна быть ликвидирована;

- пользователи мелиорируемых малых водоемов должны быть готовы финансировать работы и обеспечивать их научно обоснованную эксплуатацию и содержание;

- при необходимости аккумулирования и использования местного стока при мелиорации малых водоемов преимущество следует отдавать прудам-копаням;

- сохраняемые, мелиорируемые или вновь устраиваемые малые водоемы необходимо использовать не только в хозяйственно-рекреационных, но и в водно-мелиоративных целях;

- на отдельных балках и малых реках не может быть устроено более

2-3 и 6-7 прудов и водоемов соответственно, а регулируемый ими сток не должен превышать 30 % среднегодового стока водного источника;

- между подпорными участками малых водоемов необходимо сохранить незарегулированные участки водотоков с протяженностью не менее

3-5 км (экологические зоны);

- обязательным условием функционирования водоемов на реках является транзитный пропуск меженных расходов для обеспечения постоянной проточности в их руслах ниже водоема.

В сложившихся условиях необходимо изменить потребительское отношение к малым водоемам. Созданные человеком, они являются «живым организмом» природы, за которым «создателю» надо смотреть и ухаживать как, например, за лесом, полем или лугом. Их необходимо систематически мелиорировать, изучать и научно обоснованно использовать.

Белов Виктор Александрович - доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), профессор.

Контактный телефон +7 919 888 18 20.

E-mail: rekngma@magnet.ru

Belov Viktor Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Novocherkassk State Meliorative Academy” (FSBEE HPE “NSMA”), Professor.

Contact telephone number +7 919 888 18 20 E-mail: rekngma@magnet.ru

Перелыгин Андрей Иванович - кандидат технических наук, Общество с ограниченной ответственностью «Донсельхозводстрой», учредитель.

Контактный телефон 8 (863) 234 03 33.

E-mail: rekngma@magnet.ru

Perelygin Andrey Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, Limited Liability Company “Donselhozvodstroy”, Promoter.

Contact telephone number 8 (863) 234 03 33.

E-mail: rekngma@magnet.ru