WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ХАФИЗОВ  АЙРАТ  РАЙСОВИЧ

КОМПЛЕКСНОЕ ОБУСТРОЙСТВО (МЕЛИОРАЦИЯ) ВОДОСБОРОВ НА ПРИМЕРЕ РЕК ЗАПАДНОГО

БАШКОРТОСТАНА

Специальность 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена на кафедре мелиорации и рекультивации земель

Федерального государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования (ФГОУ ВПО)
«Московский государственный университет природообустройства».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

  Заслуженный деятель науки РФ

Голованов Александр Иванович

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ

Исмайылов Габил Худушевич

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

доктор технических наук, профессор

Добрачёв Юрий Павлович

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и

мелиорации им. А. Н. Костякова Россельхозакадемии

доктор технических наук

Минигазимов Наил Султанович

Общество с ограниченной ответственностью "Когалымский

научно-исследовательский и проектный институт нефти" (Уфимский филиал)

Ведущая организация:  Государственное унитарное предприятие

Управление «Башмелиоводхоз» Республики Башкортостан

Защита состоится «21» декабря 2010 г.

в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 в

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, ауд. 201/1

тел./факс: 8 (495) 976-10-46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО

«Московский государственный университет природообустройства».

Автореферат разослан «19» ноября 2010 г.

  Ученый секретарь

диссертационного совета                                      Т.И. Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы. Общая современная ситуация территорий России, в том числе и Республики Башкортостан, характеризуется достаточно напряженным экологическим состоянием. Такое положение вызвано прогрессивным вовлечением и освоением ресурсного потенциала обширных территорий (в нашем случае водосборов), усилением на них техногенного воздействия и нарушением взаимосвязей между природными компонентами в геосистемах и в системе «человек-природа».

Анализ состояния земельных угодий водосборов, выполненный многими учеными, показывает ухудшение их экологической устойчивости. Основными процессами, влияющими на состояние сельскохозяйственных угодий водосборов России, являются: подкисление почв, сработка запасов гумуса, водная и ветровая эрозия, техногенное загрязнение почв. По мнению башкирских ученых в Республике Башкортостан преобладают процессы эрозии почв, сокращение лесов, деградация пашен и дегрессия пастбищ. Так, в республике выявлено 1,2 млн. га деградированной пашни (8,7% территории республики); 5,6 млн. га эрозионно-опасных сельскохозяйственных угодий (39,2% территории республики) и распаханность территории составляет порядка 50%. На мелиорированных землях к негативным процессам, указанным выше, добавляются повышенный промывной режим, усиливающий вымывание питательных веществ из почв, и загрязнение рек.

Для решения экологических проблем важно: рассматривать и изучать водосборы в виде геосистем определенного ранга, включающих взаимообусловленный набор компонентов и развивающихся как единое целое; разрабатывать модели, описывающие основные процессы функционирования водосборов с возможно большим набором параметров, учитывающих изменения компонентов геосистем водосборов.

В настоящее время актуально расширение предметной области исследований мелиораций: рассмотрение комплексной мелиорации, как базисного элемента комплексного обустройства; применение мелиоративных мероприятий для повышения экологической устойчивости водосборов; учет при орошении промываемости почв; разработка способов расчета водообмена и обоснования мелиораций.

Одним из основных факторов, снижающих экологическую устойчивость водосборов, является нарушение их экологической инфраструктуры. Распашка земель, сводка лесов и трансформация естественных биоценозов в агроценозы привели к изменению природных потоков вещества и энергии на водосборах и значительному нарушению их экологического каркаса. Комплексное обустройство водосборов должно включать нахождение оптимального сочетания земельных угодий и разработку экологически устойчивой инфраструктуры водосборов. Такие разработки возможны только после: картографических исследований территорий водосборов; выявления техногенных факторов, воздействующих на природные компоненты и сравнительной оценки экологической устойчивости водосборов.

При рассмотрении водосборов, как объектов комплексного обустройства, требуется разработка классификации водосборов по природно-климатическим и физико-географическим показателям. Актуальность таких научных разработок обусловлена необходимостью обоснования методик комплексного обустройства водосборов с учетом ландшафтных зон, физико-географических и природно-климатических особенностей этих территорий. Исследования должны охватывать крупные геосистемы с не менее тремя ландшафтными зонами. Примером такой геосистемы являются водосборы Западного Башкортостана, занимающие общую площадь 114,2 тыс. км2 и расположенные на лесной, лесостепной и степной ландшафтных зонах. Исследования выполнены в рамках научных исследований ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ» по теме: «Оптимизация землеустройства с учетом зональных биоклиматических и ландшафтных условий», (№ гос. регистрации 01200950317).

Объект исследований - водосборы на примере рек Западного Башкортостана.

Предмет исследований – система комплексного обустройства, ее влияние на экологическую устойчивость и продуктивность водосборов.

Цель и задачи исследований. Цель исследований – разработка целостной системы комплексного обустройства водосборов на примере рек Западного Башкортостана на основе моделирования процессов влагопереноса в катенах, обоснования водных мелиораций, оптимизации структуры земельных угодий, создания экологически устойчивой инфраструктуры водосборов.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- осуществить анализ имеющихся научных предпосылок и методологических подходов к комплексному обустройству территорий, и на этой основе разработать целостную методику комплексного обустройства водосборов;

- выполнить математическое описание влагопереноса в катенах водосборов на основе дифференциального уравнения двумерного передвижения влаги в почве и подстилающих грунтах;

- провести картографический анализ водосборов Западного Башкортостана и определить их морфометрические характеристики;

- разработать методологию моделирования катен и геоморфологического анализа водосборов, составить морфометрические схемы для водосборов Западного Башкортостана;

-выполнить анализ имеющихся подходов к физико-географическому и ландшафтному районированию территории Республики Башкортостан и разработать классификацию водосборов по физико-географическим и природно-климатическим показателям;

- разработать модель функционирования катен водосборов и составить компьютерные модели водосборов Западного Башкортостана;

- выполнить прогнозные расчеты водного режима и продуктивности катен водосборов Западного Башкортостана при водных мелиорациях с целью обоснования экологически безопасных оросительных и осушительных норм применительно к ландшафтным зонам;

- исследовать влияние орошения и осушения на составляющие местного стока и водный режим катен водосборов на основе моделей водосборов Западного Башкортостана;

- изучить баланс гумуса на водосборах до и после мелиораций;

- оценить экологическую устойчивость водосборов Западного Башкортостана, установить рациональные соотношения земельных угодий и оптимизировать экологическую инфраструктуру водосборов;

- разработать инженерный метод расчета водообмена и обоснования мелиораций;

- составить обобщенную функционально-технологическую схему комплексного обустройства водосборов и практические рекомендации по повышению эффективности работ при комплексном обустройстве.

Методология исследований. Системное изучение комплексной природоохранной деятельности по обустройству территорий выполнено с использованием всей совокупности методологических подходов, применяемых в мелиорации. В качестве приоритетной методологической основы использованы геосистемный и катенарный подходы, для описания природных процессов - математические модели, опирающиеся на геосистемный (ландшафтный) подход. Геоморфологический анализ и морфометрическая схематизация водосборов выполнены на основе картографического метода. Сбор информации по тематическим картам для исследования экологической устойчивости водосборов осуществлен с применением ГИС-технологий. Картографический материал дополнялся и уточнялся графическим, табличным и иллюстративным материалами. Процессы функционирования водосборов при их обустройстве исследовались численными экспериментами по компьютерным программам на ЭВМ, разработанными на основе математических моделей. Верификация математических моделей проводилась по критерию сходимости рассчитанных значений стока с соответствующими значениями, приведенными на официальных картах стока.

Научная новизна заключается в использовании геосистемного подхода при научном обосновании комплексного обустройства водосборов:

-предложено рассматривать структуру водосборов в виде иерархического ряда: фация, катена, микро-, мезо-, макро-, и мегаарена. Установлено, что у водосборов границы мегаарен совпадают с границами ландшафтных зон по ГТК Селянинова, а макроарен – по коэффициенту увлажнения; границы мезоарен связаны с границами провинций, а микроарен – округов; границы катен совмещаются с границами физико-географических районов; границы фаций устанавливаются по морфометрическим схемам водосборов;

-разработаны морфометрические модели катен водосборов, состоящие из четырех сопряженных фаций: элювиальной, трансэлювиальной, трансаккумулятивной и супераквальной;

-разработана компьютерная модель функционирования катен водосборов, позволяющая определить параметры водного режима и продуктивность катен водосборов, моделируя почвенно-геологические, геоморфологические и многолетние метеорологические условия, различные мелиоративные режимы на водосборах;

-составлена классификация водосборов по природно-климатическим (по тепловлагообеспеченности) и физико-географическим показателям;

-обоснованы изменения составляющих местного стока и статей водного баланса на водосборах при водных мелиорациях по лесной, лесостепной и степной ландшафтным зонам и, применительно к ним, определены экологически безопасные оросительные и осушительные нормы;

-установлены рациональные соотношения земельных угодий, обеспечивающие экологическую устойчивость водосборов по ландшафтным зонам;

-разработан инженерный метод расчета водообмена и обоснования водных мелиораций при комплексном обустройстве водосборов;

-впервые для водосборов Западного Башкортостана рассмотрена целостная система комплексного обустройства, в том числе:

- проведена комплексная оценка их современного состояния;

- оценена степень экологической устойчивости, оптимизирована экологическая инфраструктура и соотношение земельных угодий;

- разработаны морфометрические модели и модели функционирования водосборов;

- выполнены модельные исследования влияния орошения и осушения на водный режим, урожайность и баланс гумуса;

- установлены экологически безопасные мелиоративные режимы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Научное обоснование комплексного обустройства водосборов, повышающее продуктивность земель водосборов при сохранении их экологической устойчивости и плодородия почв.

2. Подход к водосборам, как объектам комплексного обустройства, состоящим из иерархического ряда: фаций, катен и арен. Установлены взаимосвязи между ними и физико-географическими районами, ландшафтными зонами по ГТК Селянинова и коэффициенту увлажнения.

3. Классификация водосборов по природно-климатическим (по тепловлагообеспеченности) и физико-географическим показателям.

4. Способ схематизации катен водосборов, моделирующий катену в виде четырех сопряженных фаций с учетом морфометрических параметров водосборов.

5. Статьи водных балансов при водных мелиорациях и их динамики по ландшафтным группам водосборов, определенные на основе компьютерного моделирования функционирования катен с учетом почвенно-геологических, геоморфологических и многолетних метеорологических условий на водосборах.

6. Зависимость водообмена от крутизны откоса и коэффициента поверхностного стока, позволяющая разработать инженерный метод расчета водообмена при комплексном обустройстве водосборов.

7. Экологически безопасные мелиоративные режимы и экологически устойчивые соотношения земельных угодий водосборов по лесным, лесостепным и степным ландшафтным зонам Русской равнины.

Практическая значимость. Полученные в диссертации результаты открывают новые перспективы комплексного обустройства водосборов, а именно:

-разработанная обобщенная функционально-технологическая схема, включающая комплекс мероприятий по регулированию всех основных процессов и режимов, представляет собой последовательность практических действий, направленных на обеспечение и при необходимости повышение экологической устойчивости водосборов;

-рекомендуемые мелиоративные режимы позволяют повысить урожайность сельскохозяйственных культур за счет водных мелиораций без снижения экологической устойчивости земель водосборов;

-учет баланса гумуса позволяет поддерживать плодородие почв после водных мелиорации за счет внесения органических удобрений;

-инженерный метод расчета водообмена при комплексном обустройстве водосборов позволяет оперативно и достаточно быстро проводить оценку экологической устойчивости мелиорируемых земель и корректировать их мелиоративные режимы.

Апробация и реализация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-практических конференциях (Уфа, 1990-2010 гг.), всероссийских и межрегиональных научно-практических конференциях (Уфа, 2001-2010 гг.), международных научно-практических конференциях (Уфа, 2003 г., 2005 г.; Пенза, 2006 г.; Барнаул, 2008 г.; Улан-Удэ, 2008 г.; Омск, 2009 г.; Москва, 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2010 г.).

Результаты исследований обсуждены и одобрены Научно-техническим Советом Министерства сельского хозяйства Республики Башкортостан. По материалам исследований разработан ряд практических рекомендаций для сельскохозяйственного производства. Научно-технические разработки экспонировались на ХI российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2009 г.), где два инновационных проекта по комплексному обустройству удостоены серебряных медалей и дипломов. Полученные результаты внедрены в проектную документацию проектно-изыскательского института «Башгипроводхоз» (г. Уфа) и используются ГУП Управлением «Башмелиоводхоз» (г. Уфа) в практике эксплуатации мелиоративных систем Республики Башкортостан. Результаты работы внедрены в учебный процесс Башкирского государственного аграрного университета (БашГАУ) и включены в курсы лекций: «Мелиорация и рекультивация земель», «Природоохранные сооружения». Автором создана дисциплина «Комплексное обустройство водосборов Башкортостана», которая Ученым советом БашГАУ принята в качестве дисциплины регионального компонента.

Публикации. Научные результаты исследований по рассматриваемой проблеме опубликованы в 42 работах автора, включая 14 работ в восьми различных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ; одну монографию и два учебных пособия.

Структура и объем работы. Объем диссертации составляет 273 страницы, включая введение, 6 глав, выводы, список литературы и два приложения. Диссертация содержит 242 страницы основного текста, 84 таблицы и 20 рисунков. Библиография включает 293 наименований, в том числе 8 иностранных источников.

Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту заведующему кафедрой мелиорации и рекультивации земель МГУП, заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Голованову Александру Ивановичу за неоценимые советы и помощь при проведении научных исследований, а также глубокую признательность всем сотрудникам кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП, оказавшим помощь и поддержку при работе над диссертацией.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, приведена общая характеристика результатов исследований.

В первой главе «Научные предпосылки, методологические подходы и теоретические основы комплексного обустройства (мелиорации) водосборов» дан анализ научных разработок и программ по проблеме комплексного обустройства водосборов, существующих методологий и приемов моделирования в мелиорации. Разработаны теоретические основы геоморфологической схематизации катен, приведено математическое описание движения почвенной влаги и подземных вод в водосборах.

Присущий российской мелиоративной науке глубокий естественнонаучный подход рассматривает улучшаемые земли как часть единого целого природно-территориального комплекса. В.В. Докучаев, его ученики и последователи А. Н. Костяков, А. Д. Брудастов и их школа обращали особое внимание на взаимозависимость свойств компонентов природных объектов и тесную взаимосвязь процессов их функционирования.

Идею комплексного обустройства впервые предложил В. В. Докучаев и в 1891 г. разработал первую программу исследований целостных техноприродных систем и оптимизацию систем хозяйствования. Последующие программы мелиорации в СССР, несмотря на громадные площади орошения и осушения, мало внимания уделяли экологии территорий и не представляли целостную систему комплексного обустройства (мелиорации) территорий.

А. Н. Костяковым выполнено первое комплексное ландшафтное описание территории. А. Д. Брудастов предложил теорию типов водного и минерального питания земель, рассматривая их как единство возвышенностей, склонов, понижений, пойм, связанных гидрохимическими потоками.

Значительный вклад в развитие исследований по изучению ландшафтов, как основных природных объектов, внесли труды  Л.С. Берга, В.И. Вернадского, В.В. Докучаева, Б.Б. Полынова, М.А. Глазовской, В.А. Николаева,  Л.Г. Раменского, Н.А. Солнцева, В.Б. Сочавы, В.Н. Сукачева, В. Уолкера, С. Янга, R.T. Porman, U.Odum и др. Изучению ландшафтов Башкортостана посвящены работы А. М. Гареева, И. П. Кадильникова, А. В. Шакирова и др.

Важнейшее место в изучении комплексного обустройства водосборов и мелиорации земель занимают исследования  И. П. Айдарова, А. И. Голованова, Ю.П. Добрачева, А.Г. Исаченко, С.Д. Исаевой, Г.Х. Исмайылова, Л.В. Кирейчевой, Д.А. Манукъяна, В.И. Сметанина, Т.И. Суриковой, В.В. Шабанова и др. Вопросам мелиорации и рекультивации земель Башкортостана посвящены труды Р. Ф. Абдрахманова, Б. Н. Батанова, И. М. Габбасовой, А. В. Комиссарова, Н. С. Минигазимова, Х. М. Сафина и др.

Современной наукой накоплен достаточный материал по различным аспектам комплексного обустройства. Назрела необходимость разработки единой методологии и методики комплексного обустройства водосборов.

Методологией комплексного обустройства водосборов, учитывая многоаспектность проблемы, принята вся совокупность существующих в мелиорации методологических подходов. Приоритетными выбраны геосистемный и катенарный подходы.

Целостность геосистемного подхода требует четкого определения объекта исследования. Объектом исследования выбран водосбор, являющийся интегральным выражением устойчивых взаимосвязей между компонентами геосистемы и земной поверхностью. Водосбор рассматривается как геосистема, объединенная по принципу единства гидрохимических потоков и выполняющая средообразующие или экологические функции (А. И. Голованов).

Под комплексным обустройством водосборов подразумевается целостная система поэтапных мероприятий на крупных генетически однородных территориях (водосборах), создающих культурные ландшафты, где природопользование оптимизировано на научной основе и увеличение продуктивности земель проводится при сохранении, а в случае необходимости, и при повышении общей экологической устойчивости ландшафтов.

Катенарный подход является основой геоморфологической схематизации катен при обосновании необходимости мелиораций водосборов. Водосбор представлен набором катен по количеству равным физико-географическим районам на водосборе. Геоморфологическая схема катены состоит из четырех фаций с разным высотным взаиморасположением. Элювиальная фация представляет возвышенность у водораздельной линии, трансэлювиальная – склон до точки перегиба, трансаккумулятивная – склон после точки перегиба, супераквальная – низину надпойменных террас. Поймы рек, несмотря на их значимость, в работе не рассматривались. Трансэлювиальная и трансаккумулятивная фации образуют транзитную фацию склона, а супераквальная фация примыкает к водотоку. Такая схематизация дифференцирует фации по типу водного питания (по А. Д. Брудастову), учитывает размеры и формы рельефа, представляет катену, как элементарный водосбор с его характерными особенностями.

Анализ, применяемых в мелиорации моделей, показал, что для описания природных процессов на водосборах, наиболее оптимальными являются математические модели.

Геоморфологический анализ катен водосборов Западного Башкортостана выявил сильную вытянутость (двухмерность) фаций в поперечнике, поэтому для схематизации катен выбрана двумерная математическая модель. Принято, что потоки влаги в почве двумерные, плоские в сечении и их движение описывается по закону Дарси. Полный напор фильтрационного потока состоит из гравитационного и каркасно-капиллярного напоров. Связи между влажностью и каркасно-капиллярным напором, между коэффициентом влагопроводности и коэффициентом фильтрации описываются по эмпирическим зависимостям А. И. Голованова:

,  ;

где  - соответственно максимальная гигроскопичность и пористость почвы; - высота капиллярного поднятия; и – безразмерные эмпирические коэффициенты.

Окончательное дифференциальное уравнение передвижения влаги в почве и под уровнем грунтовых вод имеет вид (А. И. Голованов, Ю. И. Сухарев):

где - коэффициент влагоемкости, - интенсивности влагоотбора корнями растений из единичного объема почвы. Дифференциальное уравнение нелинейное и в компьютерной модели реализовано в виде конечных разностей. Метод конечных разностей позволил подсчитать потоки влаги в любых сечениях всех фаций катен водосборов. Детальной послойной разбивкой расчетной толщи учтены водно-физические свойства всех генетических горизонтов почвы и подстилающих грунтов, уровень грунтовых вод, наличие водоупора или подпитки из нижележащего напорного горизонта. Напор почвенной влаги определен методом матричной прогонки.

Во второй главе «Водосборы Западного Башкортостана как объекты комплексного обустройства» дается общая характеристика водосборов, систематизация и классификация водосборов по природно-климатическим и физико-географическим показателям. Изучены 24 водосбора Западного Башкортостана, расположенные в бассейне реки Камы (рисунок 1).

Западный Башкортостан занимает Европейскую часть Башкортостана и относится к Русской равнине с зональными ландшафтами умеренного климата. Водосборы Западного Башкортостана имеют типичный облик водосборов равнинных рек. Долины хорошо разработаны, имеют широкие надпойменные террасы и склоны. Поверхностные и пресные подземные водные ресурсы Западного Башкортостана ограничены, неравномерно распределены по площади и по сезонам года. Наиболее острый дефицит их ощущается в юго-восточных и южных частях Западного Башкортостана.

Систематизация водосборов выполнена на основе методологии географического подхода в мелиорации, то есть рассмотрение необходимости мелиорации больших территорий с учетом географических показателей. С этой целью проведен анализ и разработаны классификации водосборов по природно- климатическим и физико-географическим показателям.

Водосборы

Западного Башкортостана

номера

наименования

площади, тыс. км2

1

1.1

1.1.1

1.1.2

1.1.3

1.1.4

1.1.5

1.1.6

1.1.7

1.1.8

1.1.8.1

1.1.8.2

1.1.8.3

1.1.8.4

1.1.9

1.1.10

1.1.10.1

1.1.10.2

1.1.11

1.1.12

1.1.13

1.1.14

1.2

1.2.1

1.3

Кама

Белая

Сюнь

База

Быстрый Танып

Бирь

Чермасан

Кармасан

Дема

Уфа

Уса

Юрюзань

Тюй

Ай

Уршак

Сим

Инзер

Лемеза

Зилим

Куганак

Ашкадар

Нугуш

Ик

Усень

Буй

114,2

105,3

2,5

1,5

6,5

2,1

2,8

1,1

9,3

22,6

1,0

3,5

1,1

7,7

4,2

7,8

5,1

1,2

3,2

1,1

3,5

3,6

3,2

2,3

2,4

Рисунок 1 Водосборы Западного Башкортостана

Природно-климатические показатели водосборов характеризуются гидротермическим коэффициентом (Г. Т. Селянинов), коэффициентом увлажнения (Н. Н. Иванов, А. Н. Костяков), «индексом сухости» (М. И. Будыко). Для территории Башкортостана вычислены их значения и построены соответствующие изолинии. Полученные изолинии наложены на карту водосборов Башкортостана, определены значения соответствующих параметров тепловлагообеспеченности применительно к ландшафтным зонам исследуемых водосборов Западного Башкортостана и составлена классификация водосборов по природно-климатическим показателям (Таблица 1).

Параметры тепловлагообеспеченности не учитывают местный сток, приток и отток влаги в пониженные фации катен водосборов и, соответственно, показывают степень увлажнения территорий водосборов, относительно их возвышенных фаций.

Таблица 1 Классификация водосборов по природно-климатическим показателям

Группы по ГТК Селянинова

Подгруппы по коэффициенту увлажнения возвышенных фаций

Водосборы

Лесная, (1,31,6)

увлажненные, (0,81,0)

Юрюзань - верхнее течение, Ай - верхнее течения

близкие к увлажненным, (0,70,8)

Лемеза, Юрюзань - нижнее течение, Ай - нижнее течение, Тюй

Лесолуговая, (1,01,6)

близкие к увлажненным, (0,70,8)

Сим –верхнее течение, Уфа -верхнее течение

неувлажненные, (0,60,7)

Сим - нижнее течение, Уфа - нижнее течение, Уса

Лесостепная, (1,01,3)

неувлажненные, (0,60,7)

Зилим, Инзер, Бирь - верхнее течение, Быстрый Танып - верхнее течение, Дема – верхнее течение

близкие к засушливым, (0,50,6)

Нугуш, Буй, Бирь - нижнее течение, База, Кама, Быстрый Танып - нижнее течение, Дема – нижнее течение, Сюнь, Чермасан, Белая – нижнее течение, Белая – среднее течение, Ик

Лугостепная, (0,851,3)

близкие к засушливым, (0,50,6)

Усень, Уршак, Куганак

Степная, (0,851,0)

близкие к засушливым, (0,50,6)

Ашкадар, Кармасан

засушливые, (0,40,5)

Белая – верхнее течение

Анализ и классификация водосборов по физико-географическим показателям осуществлены по особенностям их рельефа, почв, климатических условий, гидрологических условий и типов растительности (таблица 2).

Таблица 2 Классификация водосборов по физико-географическим показателям

Физико-географическое районирование

Водосборы

зона

провинция

округ

Лесная

Прикамско-Бельская

Таныпский

Быстрый Танып, Тюй

Бельский

Быстрый Танып, Буй

Уфимская

Караидельский

Тюй, Ай, Уфа, Лемеза, Сим

Айский

Юрюзань, Ай

Лесостепная

Прибельская

Красноусольский

Инзер, Сим, Зилим, Белая

Бирский

Быстрый Танып, Бирь, Уса, Уфа, Белая

Нугуш-Суреньский

Нугуш

Чермасанский

Сюнь, База, Чермасан, Кармасан, Дема, Уршак

Белебеевская

Икский

Сюнь, Усень, Ик

Стерлибашевский

Дема

Степная

Общесыртовско-Предуральская

Ашкадарский

Уршак, Куганак, Ашкадар

Общесыртовский

Ашкадар, Белая

Приведенные классификации в целом совпадают. Но первая классификация опирается на относительные значения (например: степень увлажнения), а вторая – на абсолютные значения (например: влажность воздуха). В силу этого наблюдаются небольшие несоответствия между классификациями, и необходимо определиться с основной классификацией.

Для комплексного обустройства больше подходит классификация по природно-климатическим показателям, объединяющая водосборы и их катены в однотипные ландшафтные группы по наиболее значимым показателям по тепловлагообеспеченности. Согласно этой классификации выполнены обоснование водных мелиораций и оптимизация инфраструктуры водосборов при их комплексном обустройстве.

Классификация по физико-географическим показателям применена для схематизации природных условий водосборов при разработке моделей их функционирования. С учетом этой классификации разработана структура водосбора, где границы катен, как простейших и неделимых частей водосбора, совмещаются с границами физико-географических районов в пределах соответствующих водосборов.

В третьей главе «Моделирование процессов водных мелиораций на водосборах» разработаны модели устойчивого функционирования и геоморфологические схемы катен; составлены модели метеорологических, почвенно-геологических условий и мелиоративных режимов на водосборах; выполнена верификация компьютерной модели функционирования катен.

Модель устойчивого функционирования катен водосборов позволяет разработать мелиоративные режимы, увеличивающие продуктивность водосборов при сохранении или, при необходимости, повышении их экологической устойчивости, то есть обосновать водные мелиорации при комплексном обустройстве водосборов (рисунок 2).

Обоснование водных мелиораций подразумевает нахождение экологически безопасного мелиоративного режима катен путем оптимизации интенсивности дренирования и эколого-экономического обоснования режимов орошения. Такой режим обеспечивает наибольшую возможную урожайность катен при сохранении экологической устойчивости водосборов выше установленной нормы, выраженной через коэффициент экологической устойчивости (КЭУ).

При моделировании процессов влагопереноса в катенах рассчитываются параметры водного режима сопряженных фаций катен водосборов за длительный промежуток времени. Модель содержит компьютерную программу численного решения двумерного уравнения влагопереноса в зоне аэрации и в зоне полного влагонасыщения. Результаты расчетов выдаются и сохраняются в виде параметров мелиоративного режима катен, стока (в том числе среднемноголетние показатели), водного режима по фациям, глубинам и расчетным годам.

Рисунок 2 Модель устойчивого функционирования катен водосборов

(КЭУ – коэффициент экологической устойчивости водосборов)

Моделирование повышения урожайности фаций катен при водных мелиорациях выполняется по моделям продуктивности В. В. Шабанова, экологической устойчивости – по рекомендациям И. П. Айдарова.

Обеспечение устойчивого функционирования водосборов показано на примере водосборов Западного Башкортостана. С этой целью разработаны расчетные модели и схемы метеорологических, почвенно-геологических, гидрогеологических, геоморфологических условий и мелиоративных режимов 23 водосборов Западного Башкортостана.

Почвенно-геологические и гидрогеологические условия водосборов Западного Башкортостана выбраны по литературным источникам и по фондовым материалам. Почвенные условия изучены по четырем природно-сельскохозяйственным зонам, а геологические и гидрогеологические условия – по пяти инженерно-геологическим областям Башкортостана с учетом их гидрогеолого-мелиоративного районирования, выполненного на основе разработок Д. М. Каца. Почвы мощностью 1,21,6 м представлены серыми, светло- и темно-серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами, типичными и выщелоченными черноземами. Под почвами на глубину 530 м залегают глинисто-суглинистые грунты, которые в основном подстилаются песчаными грунтами толщиной 1520 м или известняками толщиной до 50 м. Уровень грунтовых вод колеблется от 3 до 15 м.





Водно-физические свойства почв определены согласно типу и механическому составу почв, а подстилающих грунтов – территориальной принадлежности катен водосборов к соответствующей инженерно-геологической области (таблица 3). В модели, послойной разбивкой расчетной толщи, учтены свойства всех генетических горизонтов почв и подстилающих грунтов.

Таблица 3 Исходные данные для определения водно-физических свойств
почв и грунтов катен водосборов

Водосборы

Тип и механический состав почв

Инженерно-геологическая область

Юрюзань

серые и светло-серые лесные, тс

Уфимское плато

Ай

светло-серые лесные, тс

Приайская холмисто-увалистая равнина, Уфимское плато

Лемеза

серые лесные, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Тюй

темно-серые лесные, дерново-подзолистые, тс, с

Прибельская холмисто-увалистая равнина, Уфимское плато

Уса

дерново-подзолистые, серые лесные, лг

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Уфа

дерново-подзолистые, серые лесные, тс, с, лг

Прибельская холмисто-увалистая равнина, Уфимское плато

Сим

серые лесные, тс, сс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Инзер

серые лесные, сс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Зилим

серые лесные, сс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Бирь

серые лесные, дерново-подзолистые,лг,

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Дема

черноземы типичные, карбонатные, выщелоченные, сс, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина, Бугульминско-Белебеевская возвышенность

Быстрый Танып

дерново-подзолистые, темно-серые и серые лесные, тс, г, лг

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Буй

дерново-подзолистые, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Нугуш

серые лесные, лс

Сакмаро-Бельская возвышенность

Ик

черноземы выщелоченные, типичные и карбонатные тс

Бугульминско-Белебеевская возвышенность

База

черноземы выщелоченные и типичные, сс, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Сюнь

черноземы типичные и выщелоченные, серые лесные, сс, тс

Бугульминско-Белебеевская возвышенность,

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Чермасан

черноземы типичные, сс, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Куганак

черноземы выщелоченные и типичные, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Уршак

черноземы типичные, тс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Усень

черноземы выщелоченные и типичные, тс

Бугульминско-Белебеевская возвышенность

Ашкадар

черноземы выщелоченные и типичные, тс, сс

Прибельская холмисто-увалистая равнина, Бугульминско-Белебеевская возвышенность, Сакмаро-Бельская возвышенность

Кармасан

черноземы типичные, сс

Прибельская холмисто-увалистая равнина

Примечание: типы почв: г – глинистый, лг – легкоглинистый, тс – тяжелосуглинистый, сс – среднесуглинистый, лс – легкосуглинистый, с – супесчаный.

Метеорологические условия в катенах водосборов смоделированы на основе среднедекадных многолетних метеорологических данных, собранных по 26 метеостанциям с 1978 по 2009 годы. Основными метеорологическими данными являются: температура, относительная влажность воздуха и количество осадков. Они определены для всех водосборов в разрезе физико-географических районов, то есть катен.

Наиболее холодными годами в период наблюдений являются 1986, 1993 и 1996, а наиболее теплыми – 1983, 1995 и 2007 годы (таблица 4).

Таблица 4 Средняя температура воздуха катен водосборов, Cо

Группы водосборов

Годы

наиболее холодные

наиболее теплые

1986

1993

1996

1983

1995

2007

Лесная

Лесолуговая

Лесостепная

Лугостепная

Степная

1,3

1,6

1,8

2,3

2,3

1,4

1,7

2,0

2,3

2,3

1,7

2,1

2,1

2,5

2,5

4,0

4,3

4,5

4,7

4,7

4,5

4,9

5,0

5,6

5,7

4,5

4,7

4,7

4,9

4,9

Согласно существующей системе орошаемого земледелия, на мелиорируемых землях рекомендуется возделывать многолетние травы и овощные культуры. В модели этот подход реализован путем использования в качестве сельскохозяйственных культур фаций картофеля и многолетних трав.

Основным исследуемым параметром мелиоративного режима в модели является предполивная влажность, которая определяет сроки и нормы поливов, водообмен и урожайность сельскохозяйственных культур. Предполивная влажность, обеспечивающая наибольшую урожайность катен, вызывает значительный водообмен в фациях и, тем самым, снижает экологическую устойчивость водосборов. Нами, используя разработанную модель функционирования катен, решена задача нахождения экологически безопасной предполивной влажности путем минимизации водообмена, в первую очередь промывного режима, и эколого-экономического обоснования режима орошении в сопряженных фациях катен водосборов.

Эвапотранспирация в модели вычисляется по формуле Н. Н. Иванова, где вид возделываемых растений (площади листовой поверхности и др.) учитывается так называемым биологическим коэффициентом. Для лесостепной зоны Западного Башкортостана эти коэффициенты определены на основе экспериментальных данных испаряемости, полученных с поверхности стандартных испарителей на метеостанции Чишмы в летние месяцы, с 1978 по 1994 годы. Метеостанция Чишмы относится к Чишминскому физико-географическому району Чермасанского округа Прибельской провинции лесостепной зоны Западного Башкортостана. Испарители заполнены почвенным монолитом (типичные черноземы), в качестве сельскохозяйственной культуры использованы многолетние травы.

Значение биологического коэффициента для многолетних трав, полученное на основе экспериментальных данных, отличается от значения рекомендуемой справочной литературой (напр.: по Н.В. Данильченко) на 0,85. Такие же расхождения (на 20-25%) отмечаются и в работах других авторов, исследовавших мелиоративные режимы в условиях Башкортостана (Х. М. Сафин, М. Г. Ишбулатов и др.). Поэтому, в условиях Западного Башкортостана справочные значения биологических коэффициентов рекомендуются использовать с поправочным коэффициентом 0,85 (для многолетних трав и картофеля по таблице 5).

Таблица 5 Биологические коэффициенты многолетних трав и

Культура

Ландшафтная зона

лесная

лесостепная

степная

Многолетняя трава

Картофель

0,82-0,85

0,80-0,85

0,80-0,82

0,75-0,80

0,78-0,80

0,73-0,77

картофеля для ландшафтных зон Западного Башкортостана

Геоморфологические параметры катен установлены на основе геоморфологического анализа водосборов Западного Башкортостана. Нами определены следующие морфометрические показатели: горизонтальная и вертикальная расчлененность, положение точки перегиба склона и коэффициент формы плана. Положение точки перегиба выражается картографической изолинией, называемой морфоизографа. Морфоизографа создает системную целостность катены и структурирует ее рельеф на относительные выпуклости и вогнутости. Морфоизографа определена топографическим методом вторых производных (пластика рельефа), основанного на геометрическом анализе горизонталей. Положение точки перегиба склона вычислено умножением схематизированной ширины катены и коэффициента морфоизографа, определяемого как отношение площадей внутри морфоизограф и водосбора.

Площади водосборов Западного Башкортостана варьируются от 977км2 (Уса) до 9345км2 (Дема), периметры – от 170км до 865км. Площади внутри морфоизограф составляют от 146 км2 до 2319 км2, длины – от 712 км до 8924 км. Абсолютные отметки водоразделов находятся в пределах от 91,4 мБс (Кармасан) до 406,9 мБс (Инзер), а средние уклоны – от 0,006 до 0,034. Полученные площади и уклоны отражают особенности орографии рассматриваемых водосборов. Геоморфологические схемы катен сконструированы по вычисленным морфометрическим показателям водосборов Западного Башкортостана (таблица 6).

Правильность, разработанных схем и моделей, проверялась моделированием процессов функционирования катен водосборов Западного Башкортостана в естественных условиях. С этой целью рассчитан местный сток на водосборах. В модели, составляющие местного стока, определены как разности атмосферных осадков и фактических эвапотранспираций соответствующих периодов года.

Таблица 6 Результаты исследований морфометрических показателей

водосборов Западного Башкортостана

Водосборы

Схематизированная ширина, м

Коэффициент формы плана

Схематизированная высота водосбора, м

Коэффициент морфоизографа

водосбора

внутри морфоизографа

катен

водосбора

морфоизограф

Юрюзань

5746,0

411,3

1867,4

5,6

914,3

61,4

0,22

Ай

10908,8

285,3

1238,4

5,7

2127,0

24,6

0,23

Лемеза

6294,1

677,6

1465,7

2,3

115,2

50,4

0,46

Тюй

5738,7

282,9

1507,5

5,6

274,2

34,7

0,19

Уса

3810,3

174,3

1165,5

2,7

276,4

23,0

0,15

Уфа

11857, 6

264,7

1066,5

6,4

2734,4

23,7

0,25

Сим

6481,9

598,7

2228,2

3,0

116,3

25,8

0,27

Инзер

8523,4

158,7

889,1

2,2

1891,9

22,1

0,18

Зилим

10838,2

254,3

717,6

3,2

1375,4

14,2

0,35

Бирь

7134,7

316,7

1124,3

2,1

414,5

15,1

0,28

Дема

14386,3

215,1

1745,6

2,70

1450,2

17,9

0,16

Быстрый Танып

10102,1

202,8

985,5

3,0

1971,6

5,7

0,21

Буй

11450,7

259,7

998,0

4,6

903,7

6,8

0,26

Нугуш

7709,1

234,1

747,8

2,3

1044,2

14,7

0,31

Ик

5691,9

252,4

1088,6

4,9

193,7

19,3

0,23

База

5403,4

270,5

1375,8

3,7

407,4

25,2

0,20

Сюнь

8280,0

524,0

1894,4

4,0

314,5

31,6

0,28

Чермасан

9305,4

612,9

3528,0

3,2

584,7

63,5

0,17

Куганак

5933,2

326,2

1249,1

2,2

166,7

13,1

0,26

Уршак

14812,8

199,8

1443,4

2,1

395,3

16,2

0,14

Усень

9972,8

699,7

2144,2

2,3

140,7

37,5

0,33

Ашкадар

11966,2

580,44

2343,1

1,7

507,7

24,4

0,25

Кармасан

6252,8

502,33

1186,7

2,6

133,9

10,2

0,42

Объем стока талых вод получен через коэффициенты поверхностного стока. Данный коэффициент зависит от многих факторов и условий.  В модели

этот  коэффициент  для  каждой  фации катен принимался по рекомендациям  А. Н. Костякова в зависимости от уклона местности, степени оттаивания почвы, водопроницаемости почв и подстилающих грунтов.

Критерием правильности схематизации природных условий является сходимость рассчитанных значений среднемноголетних показателей составляющих стока на водосборах за 1978 2009 годы с соответствующими значениями, приведенными на официальных картах стока. Средние расхождения между ними составили: годового стока не более 8%, стока половодья – 7% и меженного стока – 10 %.

В четвертой главе «Обоснование необходимости водных мелиораций при комплексном обустройстве водосборов» рассчитаны водные балансы и выполнены прогнозные расчеты водного режима фаций 35 катен 23 водосборов Западного Башкортостана. Количество катен соответствует количеству физико-географических районов в пределах исследуемых водосборов.

Результаты расчетов обобщены по ландшафтным группам, согласно, принятой в качестве основной, классификации водосборов по природно-климатическим показателям. Исследовано функционирование катен при естественных условиях и водных мелиорациях. Результаты представлены в виде статей частных балансов для поверхностных, почвенных и подземных вод за период с 1978 по 2009 годы. При водных мелиорациях в балансы добавлены управляемые искусственные статьи: орошение и дренаж.

Мелиорация земель повышает экологическую устойчивость водосбора, оптимизируя тепловлагообеспеченность, повышая биологическую продуктивность земель, восстанавливая нарушенный почвенный и растительный покров. Но положительный эффект от водных мелиораций достигается только при обеспечении экологической устойчивости мелиорированных катен: где - коэффициент экологической устойчивости в естественном состоянии, – мелиоративная составляющая устойчивости, принимаемая по предложению И. П. Айдарова: где и - поверхностный сток и водообмен между почвенными и грунтовыми водами на немелиорированных и мелиорированных катенах. При мелиоративной составляющей устойчивости 1 экологическое состояние мелиорированных катен будет стабильным, при > 1 – будет повышаться, при < 1 – будет ухудшаться; и - урожайность сельскохозяйственных культур на мелиорированных и немелиорированных землях.

Далее приведено обоснование водных мелиораций по ландшафтным группам.

Лесная группа. Группа объединяет четыре водосбора. Анализ водного режима фаций показал, что на статьи водных балансов влияют как морфометрические показатели катен, так и характеристики почв и подстилающих грунтов водосборов. Но в однотипных по высотному взаимоположению фациях наблюдается одинаковая направленность притока, оттока и промываемости почв. Данные утверждения позволили объединить фации катен всех водосборов по их высотному взаимоположению и выполнить анализ их усредненных значений.

При годовых осадках - 605 мм и эвапотранспирации – 283 мм, суммарный отток из элювиальной в транзитную фацию составляет 25%, а из транзитной в супераквальную фацию – 34% годовых осадков. Супераквальная фация испытывает значительный приток влаги - 66% годовых осадков. Средние урожайности составляют 0,48 от потенциальной урожайности. Наибольшее снижение относительной урожайности отмечено в супераквальных фациях (0,26 от потенциальной урожайности).

Для лесной группы водосборов рекомендуются орошение возвышенных фаций в сухие (10% по влагообеспеченности) годы, осушение пониженных фаций систематическим дренажем, ограждение их от притока подземных вод со склонов.

При водных мелиорациях динамика влагопереноса по фациям сохраняется. Поэтому анализ водного режима при орошении и осушении также проводим по фациям, объединенным по их высотному положению (таблица 7).

Таблица 7 Результаты прогноза водного режима лесной группы водосборов

Фации

Ситуация

Статьи водного баланса, мм

Пр, мм

Ур, в долях

ВпВЛ

Ор

Этр

Дст

Лст

Пот

Элювиальная

естественный режим

424

-

278

-

26

147

143

0,56

водные мелиорации

436

75

288

0

8

223

218

0,80

Транзитная

естественный режим

389

-

258

-

19

204

136

0,61

водные мелиорации

409

0

241

0

5

291

142

0,61

Супераквальная

естественный режим

228

-

311

-

296

52

-334

0,26

водные мелиорации

388

0

285

517

46

62

134

0,55

Примечание: ВпВЛ - впитывание воды в почву весной и летом; Ор – оросительная норма; Этр – эвапотраспирация; Дст – сток в дренаж; Лст – летний поверхностный сток; Пот - подземный отток на пониженные фации; Пр - промываемость почвы; Ур - относительная урожайность.

Мелиоративный режим, обеспечивающий наибольшую урожайность катен водосборов, вызывает негативные процессы, ухудшающие экологическое состояние водосборов. В связи с этим при комплексном обустройстве, разработаны и реализованы приемы, позволяющие повысить урожайность и сохранить экологическую устойчивость катен:

- уменьшение вымываемости растворенных веществ и гумуса из почв в пониженных фациях путем оптимизации интенсивности дренирования;

- снижение промываемости почв в орошаемых фациях эколого-экономическим обоснованием режима орошения;

- компенсация промываемости и вымываемости растворенных веществ и гумуса из почв дополнительным внесением удобрений.

Интенсивность дренирования снижается за счет изменения глубины заложения дрен, но при этом уменьшается и урожайность фаций. С целью определения зависимости относительной урожайности фаций от интенсивности дренирования пониженных фаций выполнены расчеты катен водосборов лесной группы с варьированием глубин заложения дрен. Результаты представлены в виде зависимости (рисунок 3).

Относительное уменьшение интенсивности дренирования в долях определяется, как: ,  где – годовой сток в дренаж, соответственно, при максимальной нормативной и при уменьшенной глубине заложения, вычисляемые по модели функционирования катен, мм. Снижение относительной урожайности в % определяется как: , где - относительные урожайности в долях соответственно при максимальной нормативной и при уменьшенной глубине заложения, вычисляемые по модели продуктивности.

Рисунок 3 Зависимость относительного уменьшения интенсивности

дренирования от относительной урожайности

По полученной зависимости, назначая приемлемое снижение относительной урожайности, можно определить ожидаемое уменьшение интенсивности дренирования. Для лесной группы рекомендуется осушение супераквальных фаций и ограждение их от притока грунтовых вод ловчими дренами. Экологически безопасные осушительные нормы составляют до 1,1 м.

Эколого-экономическое обоснование позволяет определить значения предполивной влажности, обеспечивающие безопасные экологические оросительные нормы и промываемости почв при приемлемой относительной урожайности. Исследованы шесть вариантов поливов при предполивных влажностях в долях от ППВ: 0,5; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; где ППВ – предельная полевая влагоемкость. В результате расчетов определены значения: оросительных норм, промываемости почв и относительной урожайности для всех катен водосборов лесной группы. В качестве экологически безопасной предполивной влажности для водосборов лесной группы при возделывании многолетних трав и картофеля рекомендуется (0,65…0,7) ППВ, при этом урожайность катен группы возрастет в 1,3 раза.

Обоснования водных мелиораций при комплексном обустройстве для остальных групп водосборов выполнены по вышеизложенной методике.

Лесолуговая группа. Группа объединяет три водосбора, расположенные на стыке лесных и лесостепных ландшафтных зон. По потенциальным оценкам тепловлагообеспеченности они занимают переходное положение, для них важно разделение на подгруппы по увлажненности: близкие к увлажненным и неувлажненные катены.

При годовых осадках - 645 мм и эвапотранспирации – 328 мм, подземный отток из элювиальной в транзитную фацию составляет 24% годовой суммы осадков. Пониженная супераквальная фация испытывает значительный приток влаги (45 % годовых осадков). Группе рекомендуются орошение в среднесухие и сухие по влагообеспеченности годы, осушение пониженных фаций систематическим дренажем и их ограждение от притока подземных вод со склонов. Изменения водных режимов фаций лесолуговой группы водосборов при водных мелиорациях аналогичны изменениям лесной группы (таблица 8).

Таблица 8 Результаты прогноза водного режима

лесолуговой группы водосборов

Фации

Ситуация

Статьи водного баланса, мм

Пр, мм

Ур, в долях

ВпВЛ

Ор

Этр

Дст

Лст

Пот

Подгруппа –близкие к увлажненным катены

Элювиальная

естественный режим

447

-

324

-

36

123

110

0,60

водные мелиорации

456

21

328

0

36

128

115

0,60

Транзитная

естественный режим

451

-

277

-

10

161

175

0,67

водные мелиорации

448

0

278

0

9

163

177

0,67

Супераквальная

естественный режим

279

-

308

-

311

46

-182

0,32

водные мелиорации

418

0

290

349

41

372

130

0,55

Подгруппа – неувлажненные катены

Элювиальная

естественный режим

542

-

347

-

10

194

181

0,54

водные мелиорации

611

79

392

0

7

204

189

0,89

Транзитная

естественный режим

524

-

325

-

4

181

192

0,55

водные мелиорации

522

0

332

0

3

207

186

0,58

Супераквальная

естественный режим

310

-

389

-

285

115

-240

0,31

водные мелиорации

484

0

367

477

30

617

137

0,57

Примечание: ВпВЛ - впитывание воды в почву весной и летом; Ор – оросительная норма; Этр – эвапотраспирация; Дст – сток в дренаж; Лст – летний поверхностный сток; Пот - подземный отток на пониженные фации; Пр - промываемость почвы; Ур - относительная урожайность.

Увеличение урожайности фаций катен, близких к увлажненным, происходит за счет осушения супераквальных фаций до 0,68 м, неувлажненных катен – орошением элювиальных фаций при предполивной влажности 0,75 ППВ и осушением суперавкальных фаций. Урожайность после водных мелиораций катен, близких к увлажненным, возрастает в 1,2 раза; неувлажненных катен водосборов – 1,4 раза.

Лесостепная группа. Лесостепная группа объединяет 11 водосборов. По увлажненности она подразделяется на подгруппы: неувлажненные (восемь водосборов) и близкие к засушливым (19 водосборов) катены. Прогнозные расчеты и анализ результатов проведены раздельно по подгруппам (таблица 9).

Таблица 9 Результаты прогноза водного режима

лесостепной группы водосборов

Фации

Ситуация

Статьи водного баланса, мм

Пр, мм

Ур, в долях

ВпВЛ

Ор

Этр

Дст

Лст

Пот

Подгруппа – неувлажненные катены

Элювиальная

естественный режим

399

-

319

-

17

80

77

0,42

водные мелиорации

440

29

344

0

17

175

80

0,71

Транзитная

естественный режим

382

-

294

-

6

125

89

0,50

водные мелиорации

410

0

317

0

6

256

96

0,76

Супераквальная

естественный режим

240

-

347

-

252

25

-219

0,31

водные мелиорации

422

0

344

669

7

676

71

0,52

Подгруппа – близкие к засушливым катены

Элювиальная

естественный режим

389

-

327

-

5

63

65

0,55

водные мелиорации

487

82

372

0

4

113

115

0,83

Транзитная

естественный режим

365

-

297

-

2

108

71

0,51

водные мелиорации

384

0

319

0

1

198

76

0,68

Супераквальная

естественный режим

269

-

371

-

250

22

-169

0,37

водные мелиорации

406

0

375

595

2

596

33

0,70

Примечание: ВпВЛ - впитывание воды в почву весной и летом; Ор – оросительная норма; Этр – эвапотраспирация; Дст – сток в дренаж; Лст – летний поверхностный сток; Пот - подземный отток на пониженные фации; Пр - промываемость почвы; Ур - относительная урожайность.

При годовых осадках - 597 мм и эвапотранспирации – 318 мм, подземный отток из элювиальной в транзитную фацию составляет 13 % годовых осадков. Пониженная супераквальная фация испытывает приток влаги - 39 % годовых осадков.

Водосборам группы рекомендуются регулярное орошение возвышенных фаций. При этом необходимо предусмотреть ловчую дрену, ограждающую пониженные фации от притока подземных вод со склонов. Осушение пониженных фаций лесостепной группы остается актуальной. Нормы орошения и осушения должны обеспечивать мелиоративную составляющую экологической устойчивости не ниже 1,0. Экологически безопасная оросительная норма составляет 2982 мм в год, осушительная норма - 1,0 м. Средняя относительная урожайность пониженных фаций увеличивается у неувлажененных катен – на 0,52; у близких к засушливым катен – на 0,7 от потенциальной урожайности.

Все значения статей водного баланса элювиальной и транзитной фаций обеих подгрупп при водных мелиорациях больше, чем в естественных условиях. В среднем подземный отток увеличивается на 48%, впитывание – на 10%, эвапотранспирация - на 8%. Экологически безопасная предполивная влажность 0,72 ППВ обеспечивается оросительной нормой у неувлажненных катен 21 мм, близких к засушливым – 82 мм в год. Урожайность катен группы возрастает в 1,6 раз.

Лугостепная и степная группы. Лугостепная группа объединяет три, степная – два водосбора. Все относятся к подгруппе близких к засушливым.

При средних по группам годовых осадках - 471 мм и эвапотранспирации – 370 мм, подземный отток из элювиальной в транзитную фацию составляет 9%, а приток влаги в пониженную фацию - 37% годовых осадков.

В направлении от элювиальной к супераквальной фации весеннее увлажнение и впитывание в почву в обеих группах уменьшается, а подземный отток и промываемость увеличивается. Урожайность в естественных условиях у лугостепной группы составляет 0,50; степной группы - 0,17 потенциальной урожайности. Рекомендуется регулярное орошение у лугостепной группы - элювиальных и транзитных фаций, у степной группы – всех фаций. Осушение пониженных фаций проводить систематическим дренажем, понижающим минимальные уровни грунтовых вод до значений, вызывающих незначительную промываемость почв (до 5 мм/год). Нормы орошения и осушения не должны ухудшать экологическое состояние водосборов. Регулярное орошение фаций с экологически обоснованными нормами выравнивает значения статей водного баланса водосборов, и их вариация при водных мелиорациях, в основном, происходит в зависимости от рельефа местности и глубины заложения грунтовых вод (таблица 10).

Таблица 10 Результаты прогноза водного режима

лугостепной и степной групп водосборов

Фации

Ситуация

Статьи водного баланса, мм

Пр, мм

Ур, в долях

ВпВЛ

Ор

Этр

Дст

Лст

Пот

Лугостепная группа

Элювиальная

естественный режим

406

-

373

-

12

32

34

0,57

водные мелиорации

453

85

409

0

9

44

45

0,85

Транзитная

естественный режим

391

-

335

-

4

66

62

0,55

водные мелиорации

439

85

325

4

4

142

70

0,63

Супераквальная

естественный режим

293

-

443

-

125

54

-176

0,37

водные мелиорации

410

0

392

350

5

246

24

0,72

Степная группа

Элювиальная

естественный режим

369

-

312

-

6

51

60

0,12

водные мелиорации

765

195

583

0

0

182

171

0,90

Транзитная

естественный режим

344

-

362

-

2

149

62

0,36

водные мелиорации

745

195

324

0

0

503

47

0,72

Супераквальная

естественный режим

313

-

409

-

0

187

-153

0,31

водные мелиорации

797

85

555

293

0

635

293

0,97

Примечание: ВпВЛ - впитывание воды в почву весной и летом; Ор – оросительная норма; Этр – эвапотраспирация; Дст – сток в дренаж; Лст – летний поверхностный сток; Пот - подземный отток на пониженные фации; Пр - промываемость почвы; Ур - относительная урожайность.

При осушении пониженных фаций нормой 0,71,1 м будет обеспечена экологическая безопасность и будет наблюдаться небольшая промываемость почв. При водных мелиорациях впитывание воды в почву увеличивается на 41%, эвапотранспирация на – 14%, подземный отток на – 69% и отностительная урожайность – в 2,49 раза. Экологически безопасная предполивная влажность 0,72 ППВ обеспечивается средней оросительной нормой: у лугостепной группы - 85 мм, степной группы – 385 мм в год. Урожайность катен лугостепной группы возрастет в 1,5 раза, у степной группы – в 3,3 раза.

На основе результатов прогнозных расчетов изучено влияние орошения и осушения на водный режим фаций катен водосборов. Построены графические зависимости изменения статей водного баланса по ландшафтным группам и установлены их линейные тренды.

На графиках зависимостей впитывания воды в почву в естественных условиях во всех фациях у лесолуговой и лугостепной групп водосборов образуются незначительные пики (рисунок 4). Объясняется это наличием у данных групп водосборов более благоприятных условий для впитывания воды по их тепловлагообеспеченности.

Рисунок 4 Изменение впитывания воды в почву по ландшафтным группам водосборов

Общий тренд впитывания воды в почву у элювиальных и транзитных фаций в сторону снижения, а у супераквальной фации - повышения. Снижение впитывания воды в почву между лесной и степной группами составляет 17%, а повышение – 28% по отношению к лесной группе. Между смежными группами водосборов, соответственно – 4% и 7%.

Водные мелиорации водосборов изменяет тренд впитывания воды в почву во всех группах в сторону повышения. До степной группы впитывание воды аппроксимируется линейной зависимостью, у степной группы наблюдается значительное нелинейное повышение впитывания. В среднем приращение впитывания воды в почву между смежными группами составляет: у элювиальных фаций – 14%, транзитных фаций – 16% и супераквальных фаций – 23% по отношению к лесной группе. Роль орошения и осушения в увеличении впитывания воды в почву от лесной к степной группе повышается.

Графики зависимостей эвапотранспирации по ландшафтным группам в естественных условиях и при водных мелиорациях аналогичны ранее рассмотренным графикам (рисунок 5).

Рисунок 5 Изменение эвапотранспирации по ландшафтным группам водосборов

Общий тренд эвапотранспирации у всех фаций по отношению к лесной группе в сторону повышения. В среднем приращение между смежными группами составляет: у элювиальных фаций – 4%, транзитных и супераквальных фаций – 9% по отношению к лесной группе.

При водных мелиорациях направление тренда не меняется, в среднем приращение эвапотранспирации между смежными группами составляет: у элювиальных фаций – 24%, транзитных фаций – 5% и супераквальных фаций – 23% по отношению к лесной группе. У элювиальных и супераквальных фаций при водных мелиорациях приращение эвапотранспирации между смежными группами увеличивается, у транзитных фаций – несколько снижается.

Тренд подземного оттока воды в пониженные фации водосборов от лесной до степной группы в естественных условиях снижается. Снижение подземного оттока воды между смежными группами водосборов от элювиальной к транзитной фации составляет в среднем 21%, от транзитной к супераквальной фации – 11% оттока лесной группы водосборов (рисунок 6, а).

При орошении и осушении тренд подземного оттока воды из элювиальных фации не меняется, а из транзитных фаций водосборов от лесной до степной группы повышается. Орошение существенно меняет тренд подземного оттока воды в пониженные фации водосборов степной группы. Повышение подземного оттока воды у степной группы объясняется орошением всех фаций катен водосборов. Так, подземный отток воды из элювиальных в транзитные фации в водосборах степной группы повышается на 13%, а из транзитных в супераквальные фации – на 31%. (рисунок 6, б).

Рисунок 6 Изменение подземного оттока воды в пониженные фации

по ландшафтным группам водосборов: а) при естественном режиме;

б) при водных мелиорациях

Тренд водообмена аналогичен тренду подземного оттока воды в пониженные фации. Снижение водообмена между смежными группами водосборов элювиальной фации составляет в среднем 21%, транзитной фации – 17% и супераквальной фации – 8% по отношению к лесной группе (рисунок 7).

Рисунок 7 Изменение водообмена между корнеобитаемым слоем почвы и подстилающими его слоями по ландшафтным группам водосборов

При орошении и дренаже у элювиальной и супераквальной фаций тренд водообмена от лесной до лугостепной группы снижается, от лугостепной к степной группе повышается. Причина - орошение всех фаций степной группы водосборов. Снижение водообмена между смежными группами водосборов у элювиальной и супераквальной фаций составляет 20% по отношению к лесной группе. Повышение водообмена, соответственно 14% и 50% по отношению к лесной группе. Тренд водообмена транзитной фации при водных мелиорациях остается без изменения, также не меняется величина снижения водообмена между смежными группами водосборов.

В пятой главе «Повышение экологической устойчивости водосборов при их комплексном обустройстве» изучается воздействие техногенных факторов на природные компоненты, выполняются сравнительная оценка экологической устойчивости и оптимизация инфраструктуры водосборов.

Современное состояние водосборов Западного Башкортостана определяется значительной освоенностью и функционированием в них природно-техногенных комплексов. Природно-техногенные комплексы сформировались под техногенным воздействием нефтегазового, добывающего и перерабатывающего полезные ископаемые, строительного, дорожного, гидротехнического и агропромышленного комплексов. Экологическое состояние водосборов многими учеными оценивается как неудовлетворительное. Большая степень освоенности и интенсивное использование земель водосборов в сочетании со сложными природными условиями, привели к деградации почвенного и растительного покрова на значительных площадях республики.

Наиболее масштабные деградации почвенного покрова вызывают процессы эрозии. Причинами возникновения и развития эрозии являются нарушение структуры землепользования, высокая распаханность и низкая лесистость земельных угодий водосборов. В наибольшей степени (более 80% площадей сельхозугодий) плоскостной эрозии подвержены земли водосборов Бирь, Быстрый Танып, Тюй; части водосборов Уршак, Дема, Ик, Белая. Процессы глубинной эрозии, с интенсивным проявлением овражной эрозии на территориях более 5% от всей площади, наблюдаются у водосборов южной и юго-западной частей Западного Башкортостана. Средняя плотность овражно-балочной сети в республике составляет 0,3–1,2 км/ км2, а местами достигает до 3,5 км/ км2 площади. В результате эрозии и переуплотнения почвы происходит сокращение мощности гумусового горизонта пахотных земель. За последние 35 лет мощность гумусового горизонта почв равнинных водосборов сократилась на7-8 см.

В настоящее время общая площадь орошаемых сельскохозяйственных угодий составляет 43,9 тыс. га, осушенных – 32,3 тыс.га. Орошаемые площади расположены на водосборах левых притоков реки Белой южной и юго-западной частях Западного Башкортостана. Осушенные земли находятся на водосборах правых притоков реки Белой северной части Западного Башкортостана. Мелиорированные площади характеризуются низкой обустроенностью и неудовлетворительным техническим состоянием. Более 59% орошаемых и 12% осушенных земель нуждаются в проведении работ по повышению технического уровня гидромелиоративных систем.

Для проведения анализа и оценки экологической устойчивости водосборов выявлены основные типы хозяйствования на их территориях. Они предопределяют негативные изменения природных компонентов и приоритетные экологические проблемы водосборов (Таблица 11).

Таблица 11 Результаты исследований

хозяйственно-техногенных состояний водосборов

Водосборы

Группы

Изменение природных компонентов

Экологические проблемы

Лемеза, Юрюзань, Ай, Тюй

Лесная

Эрозия овражная и плоскостная, локальный карст, изменение растительности лесов и болот

Вырубка и сведение лесов, дигрессия пастбищ, истощение почв.

Уса, Сим, Уфа

Лесолуговая

Эрозия плоскостная, локальный карст, изменение растительности и состава вод водоемов, оглеение, загрязнение нефтью

Истощение и эрозия почв, загрязнение почв нефтепродуктами.

Быстрый Танып, Нугуш, Бирь, База, Зилим, Дема, Буй, Инзер, Сюнь, Чермасан

Лесостепная

Эрозия овражная и плоскостная, локальный карст, изменение растительности и состава вод водоемов, оглеение, загрязнение нефтью, засоление

Дефляция, дигрессия пастбищ, загрязнение нефтепродуктами, истощение и эрозия почв, высокая рекреационная нагрузка, загрязнение атмосферы.

Уршак, Усень, Куганак

Лугостепная

Эрозия овражная, повсеместный карст, засоление, изменение растительности и состава вод водоемов, загрязнение нефтью

Истощение и дефляция почв; комплексное загрязнение почв, атмосферы, подземных и поверхностных вод.

Кармасан Ашкадар

Степ-ная

Эрозия плоскостная, локальный карст, изменение растительности водоемов, засоление, загрязнение нефтью

Истощение и эрозия почв, комплексное загрязнение почв, атмосферы, подземных и поверхностных вод.

Примечание: Для водосборов рек Кама, Белая, Уфа, Ик и Сим хозяйственно - техногенные характеристики соответствуют совокупным характеристикам их притоков.

Проведенный анализ хозяйственно-техногенного состояния водосборов показал, что воздействие техногенных факторов особенно сильно сказалось в степных и лугостепных зонах, где произошли необратимые изменения естественной растительности и других природных компонентов. Существенные негативные изменения природных компонентов отмечаются и на водосборах, охватывающих густонаселенные промышленные районы.

На устойчивое функционирование водосборов существенно влияет трансформация земельных угодий, осуществляемая человеком для решения экономических задач: увеличение запасов продовольствия, добыча полезных ископаемых, строительство. При комплексном обустройстве водосборов возникает необходимость оценки экологического состояния водосборов и разработки мер по повышению их экологической устойчивости.

Вопросы экологической устойчивости территорий рассматриваются в работах И. П. Айдарова, В. А. Баранова, М. А. Глазовской, А. И. Голованова, Л. В Кирейчевой и др. Вклад в развитие исследований экологической устойчивости ландшафтов Башкортостана внесли работы И.К. Хабирова, Ф.Ш. Гарифуллина, А. В. Шакирова и др. Для сравнительной оценки водосборов нами использованы коэффициент экологической устойчивости (стабильности) и уровень эколого-геохимической устойчивости М. А. Глазовской.

Коэффициент экологической устойчивости (стабильности) техноприродных или квазиприродных систем на водосборах (КЭУ) определен по формуле: , где: F – площадь водосбора, га; fi – площадь i-го угодья, га; – коэффициент стабильности –го угодья. Для широколиственных лесов принят 1,0; болот, водотоков и водоемов – 0,79; пастбищ – 0,68; смешанных лесов – 0,63; лугов – 0,62; садов, лесных культур, лесополос – 0,43; хвойных лесов – 0,38; пашен в среднем – 0,14; прочих земель (выходы горных пород, овраги, пески, то есть не используемые земли) – 0,0. Урбанизированные территории резко уменьшают экологическую стабильность водосбора, поэтому для них коэффициент стабильности принимается отрицательным и ориентировочно равным - 1 (И. П. Айдаров); - коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа водосбора. Зависит от уклона поверхности земли, площадей оврагов, крутых склонов, оползней и изменяется от 1 (стабильный рельеф) до 0,7 (нестабильный рельеф).

Для расчета коэффициентов экологической устойчивости водосборов (КЭУ) определены площади всех земельных угодий, формирующих территории исследуемых водосборов Западного Башкортостана. Сбор информации осуществлен с применением ГИС технологий и путем совмещения карт водосборов с соответствующими картами, в их увязке и некоторой схематизации. Картографический материал дополнялся и уточнялся графическим, табличным и иллюстративным материалами. При создании ГИС собрана следующая тематическая картографическая информация: карты водосборов, лесов и защитных лесных полос, земельного фонда, заболоченности и овражной эрозии территории Западного Башкортостана.

Анализ вычисленных коэффициентов экологической устойчивости водосборов показал, что общая устойчивость водосборов Башкортостана низкая, 0,33 < 0,47 < 0,50. Экологическая устойчивость по водосборам: Камы - низкая 0,33 < 0,46 < 0,50; Оби - средняя 0,51 < 0,58 < 0,66 и Урала - средняя 0,51 < 0,53 < 0,66.

По бассейну реки Камы высокой степенью экологической устойчивости обладают две вторых, средней – две вторых и четыре третьих, низкой – две первых, девять вторых и один третьих, очень низкой – один первых, две вторых и один третьих притоков (таблица 12).

Таблица 12 Экологическая устойчивость водосборов бассейна реки Камы

Притоки реки Камы

Степень экологической устойчивости

высокая

средняя

низкая

очень низкая


-

-

Кама

-

первые

-

-

Белая, Буй

Ик

вторые

Зилим, Нугуш

Сим, Уфа

Бирь, База, Дема, Кармасан, Чермасан, Быстый Танып, Усень,  Сюнь, Уршак

Куганак, Ашкадар

третьи

-

Юрюзань, Ай, Лемеза, Инзер

Уса

Тюй

Самое благополучное экологическое состояние среди водосборов Башкортостана наблюдается по водосборам бассейна реки Сим, где Кс = 0,530,66. Их залесенность составляет более 82% (леса преимущественно широколиственные), а распаханность - 7,5%. Наиболее существенная трансформация земельных угодий осуществлена на водосборах бассейна реки Ик. У них самое неблагополучное экологическое состояние Кс = 0,250,38. Распаханность водосборов доходит до 60%, застроенность - более 6%. Экологическая устойчивость водосборов по ландшафтным группам снижается от лесной к степной группе (Таблица 13).

Таблица 13 Экологическая устойчивость водосборов

Группы водосборов

Экологическая устойчивость

отдельных водосборов

средняя по группе

Лесная

0,330,63

0,58

Лесолуговая

0,440,58

0,54

Лесостепная

0,310,73

0,47

Лугостепная

0,320,38

0,35

Степная

0,310,38

0,35

Уровни эколого-геохимической устойчивости оценены по М. А. Глазовской. По этой градации эколого-геохимическая устойчивость групп водосборов к кислотным воздействиям и загрязнению тяжелыми металлами возрастает в направлении с севера на юг (таблица 14). Наибольшей устойчивостью обладают водосборы юго-восточной, а наименьшей – северо-западной части Западного Башкортостана.

Таблица 14 Эколого-геохимическая устойчивость водосборов

Группы водосборов

Эколого-геохимическая устойчивость

к кислотным воздействиям

к загрязнению тяжелыми металлами

Лесная

ниже средней

средняя

Лесолуговая

ниже средней

средняя

Лесостепная

средняя

средняя

Лугостепная

средняя

выше средней

Степная

выше средней

выше средней

Практически для всех водосборов Западного Башкортостана (кроме водосборов Зилима и Нугуша) требуется разработка мер по повышению их экологической устойчивости, заключающаяся в оптимизации их экологической инфраструктуры и/или проведении природоохранных мероприятий.

Оптимизация экологической инфраструктуры водосбров сводится к формированию и поддержанию такого соотношения земельных угодий, которое обеспечивает целесообразное экологическое равновесие и необходимую устойчивость водосборов. При этом коэффициент экологической устойчивости водосборов (КЭУ) должен быть не ниже установленного уровня.

Природоохранные мероприятия разрабатываются с учетом степени нарушенности ландшафтов водосборов и рассмотрены в шестой главе.

На основе исследований хозяйственно-техногенных характеристик водосборов Западного Башкортостана и имеющихся работ по проблеме устойчивости (стабильности) территорий, установлены следующие уровни экологической устойчивости водосборов:

- КЭУ > 0,66 – экологическая инфраструктура водосборов устойчива (стабильна). Оптимизация инфраструктуры и проведение природоохранных работ не требуется;

- 0,66 КЭУ 0,51 - экологическая инфраструктура водосборов устойчива, но имеются экологические проблемы. Оптимизация инфраструктуры не требуется, но необходимо проведение природоохранных мероприятий;

- КЭУ < 0,51 - экологическая инфраструктура водосборов неустойчива. Требуется оптимизация инфраструктуры и проведение природоохранных мероприятий.

С учетом вышеизложенного выполнена оптимизация экологической инфраструктуры водосборов Западного Башкортостана. Оптимизация в основном проведена за счет перевода части пашен в пастбища. Учитывая сложность перевода лесов и урбанизированных территорий в другие виды земельных угодий, их площади не корректировались.

Водосборы лесной группы занимают 14,6 тыс. км2 (12,8% водосбора Камы по РБ) и включают четыре водосбора. Экологическая устойчивость группы - средняя (Кс = 0,58) и оптимизация не требуется, но необходимо проведение природоохранных мероприятий. Оптимальное соотношение земельных угодий, при которых экологическая инфраструктура водосборов будет устойчивой (КЭУ > 0,66) следующее: 44% (широколиственные леса) + 20% (болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 14% (хвойные леса, лесополосы и сады) + 20% (пашни) + 2% (урбанизированные и прочие земли).

Водосборы лесолуговой группы занимают 29,8 тыс. км2 (26,1% водосбора Камы по РБ) и включают три водосбора. Экологическая устойчивость группы - средняя (Кс = 0,54) и оптимизация не требуется, но необходимо проведение природоохранных мероприятий. Оптимальное соотношение земельных угодий следующее: 44% (широколиственные леса) + 13% (болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 20% (хвойные леса, лесополосы и сады) + 20% (пашни)+ 3% (урбанизированные и прочие земли).

Водосборы лесостепной группы занимают 66,47 тыс. км2 (58,2% водосбора Камы по РБ) и включают 14 водосборов. Экологическая устойчивость группы - низкая (Кс = 0,47) и общая задача оптимизации – повышение средней экологической устойчивости водосборов. После решения задачи, оптимальное соотношение земельных угодий следующее: 34% (широколиственные леса) + 38% (болота, водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 6% (хвойный лес, лесополосы и сады)+18% (пашни) + 4% (урбанизированные и прочие земли).

Лугостепная группа водосборов занимает 7,9 тыс. км2 (6,9% водосбора Камы по РБ) и включает три водосбора. Экологическая устойчивость группы - низкая (Кс = 0,35) и общая задача оптимизации – повышение средней устойчивости водосборов. При оптимальном соотношении земельных угодий (17% (широколиственные леса) + 58% (водоемы, водохранилища, луга, сенокосы и пастбища) + 1% (лесополосы и сады) + 18% (пашни) + 6% (урбанизированные и прочие земли)) КЭУ группы максимально повышается в 1,5 раза, но это не является достаточной для обеспечения экологической устойчивости водосборов (КЭУ > 0,66). Для поддержания экологической устойчивости на достигнутом уровне требуется разработка природоохранных мероприятий.

Степная группа водосборов занимает 8,8 тыс. км2 (7,7% водосбора Камы по РБ) и включает три водосбора. Экологическая устойчивость группы - низкая (Кс = 0,35). Задача оптимизации и пути решения этой задачи такие же, как у лугостепной группы. После оптимизации КЭУ повышается в 1,5 раза, но не достигает экологически устойчивого состояния. Оптимальное соотношение земельных угодий следующее: 14% (широколиственные леса) + 63% (водоемы, водохранилища, луга и пастбища) + 18% (пашни) + 5% (урбанизированные и прочие земли). Для поддержания устойчивости водосборов на достигнутом уровне требуется разработка природоохранных мероприятий.

Анализ полученных оптимальных соотношений земельных угодий показал, что площади антропогенных и абиотических элементов должны быть не более 2224% от общей площади водосборов. Остальные площади водосбора должны быть заняты природными и полуприродными элементами. Результаты наших исследований совпадают с результатами исследований других авторов. Так, по данным Н. Ф. Реймерса площади пахотных земель для степной зоны не должны превышать 2040 %, а по расчетам И. П. Айдарова для Урало – Поволжского региона - 2530 % от общей площади.

Для повышения экологической устойчивости водосборов, с установившимися соотношениями земельных угодий, рекомендуются водные мелиорации. КЭУ мелиорированной пашни должен быть не ниже 0,67 или 0,51. При КЭУ 0,51, для поддержания достигнутого экологического состояния, требуется проведение комплекса природоохранных мероприятий. Повышение экологической устойчивости водосборов орошением и осушением катен достигается только при соблюдении требуемого для данной зоны мелиоративного режима. Согласно работам И. П. Айдарова и А. И. Голованова, КЭУ орошаемой пашни можно повысить в 1,63 раза, а осушаемой – в 3-5 раз. В то же время, выполненные И. П. Айдаровым оценки показывают, что экологическая устойчивость орошаемых земель в настоящее время в России колеблется в пределах 0,090,15, то есть стабильность поливных земель ухудшается.

В работе определены величины мелиоративной составляющей устойчивости и КЭУ мелиорированной пашни у водосборов Западного Башкортостана, обеспечивающие экологическую устойчивость (таблица 15).

Таблица 15 Коэффициенты экологической устойчивости (КЭУ) и мелиоративные составляющие устойчивости () по ландшафтным группам

Параметры экологической устойчивости

Группы водосборов

Среднее

лесная

лесолуговая

лесостепная

лугостепная

степная

При КЭУ > 0,66

КЭУ мелиорированной пашни

0,50

0,65

0,67

0,75

0,77

0,67

3,57

4,64

4,78

5,36

5,50

4,77

При КЭУ 0,51

КЭУ мелиорированной пашни

не нормируется

не нормируется

0,25

0,45

0,46

0,39

-

-

1,78

3,21

3,29

2,76

Анализ данной таблицы показал, что для обеспечения экологической устойчивости водосборов без проведения природоохранных мероприятий, КЭУ мелиорированной пашни должен быть не ниже 0,67. Полученное значение совпадает с результатами исследований других авторов (Л. В. Кирейчева и др.). При проведении дополнительных природоохранных мероприятий по поддержанию их экологической устойчивости, КЭУ мелиорированной пашни может быть уменьшен в 1,7 раза.

В шестой главе «Технология комплексного обустройства и рекомендации по ее практической реализации» разработаны обобщенная функционально-технологическая схема, упрощенный метод расчета водообмена и обоснования водных мелиораций, практические рекомендации по комплексному обустройству водосборов.

Обобщенная функционально-технологическая схема комплексного обустройства включает систему мероприятий по регулированию всех основных процессов, режимов и компонентов водосборов, в том числе:

1. Оптимизацию структуры и восстановление экологического каркаса водосборов. Работы направлены на повышение экологической устойчивости сельскохозяйственных угодий водосборов. Показателями эффективности работ использованы коэффициенты экологической устойчивости и степень нарушенности структуры водосборов определяемая отношением интенсивно используемых земель к общей площади водосбора: , где - площадь интенсивно используемых земель, га; - общая площадь водосбора, га. Различают слабую степень нарушенности ландшафтов ( 0,150,20) означающую, что экологический каркас сохранил непрерывность; среднюю ( 0,210,40) – экологический каркас близок к разделению на отдельные природные массивы; сильную ( 0,410,50) – экологический каркас разделен на крупные природные массивы, способные к саморегуляции; критическую ( > 0,50) – экологический каркас разделен на отдельные природные массивы, неспособные к саморегуляции.

С учетом степени нарушенности ландшафтов должны разрабатываться природоохранные мероприятия, поддерживающие экологическую устойчивость, и практические рекомендации по восстановлению экологического каркаса водосборов. С этой целью нами изучены и определены степени нарушенности структуры водосборов и ландшафтов Западного Башкортостана (таблица 16).

Таблица 16 Степени нарушенности структуры водосборов и ландшафтов

Западного Башкортостана

Степень нарушенности

Группы водосборов

лесная

лесолуговая

лесостепная

лугостепная

степная

структуры водосборов

0,27

0,40

0,41

0,57

0,55

ландшафтов

средний

средний

сильный

критический

критический

2. Облагораживание местной гидрографической сети и создание искусственных водоемов. Искусственные водоемы (водохранилища) формируют природно-техногенные комплексы «водохранилище – речной бассейн», облагораживают местную гидрографическую сеть и повышают экологическую устойчивость водосборов (КЭУ водоемов в 5,6 раза выше, чем у пашен). Водохранилища позволяют перераспределить поверхностный сток рек во времени и повысить базис эрозии.

В Башкортостане по данным ФГУ «Управление «Башмелиоводхоз»» эксплуатируются 450 водохранилищ, из них 394 – на территории Западного Башкортостана. Наибольшее количество водохранилищ сосредоточено на западной и юго-западной частях республики. По административным районам наибольшее количество водохранилищ насчитывается в индустриально развитых районах: Дюртюлинском (39 водохранилищ), Буздякском (24 водохранилища) и Аургазинском (21 водохранилище); по ландшафтным группам – на левобережной части водосбора Белой в лесостепной и степной зонах.

3. Предупреждение и борьбу с эрозией и дефляцией почв, борьба с оврагами. Работы подразумевают применение агротехнических приемов, устройство лесных полезащитных насаждений и залужение транзитных фаций катен водосборов. Борьба с оврагами предусматривает закрепление дна и берегов оврагов, создание в существующих овражно-балочных сетях прудов и водохранилищ. Ориентировочно эрозионно-опасные территории определяются по доле транзитных фаций на катенах водосборов.

4. Регулирование эколого-геохимической устойчивости почв водосборов. Мероприятия включают снижение содержания водно-растворимых солей и поглощенного натрия в почвах за счет известкования, промывок и гипсования. Мелиорация и рекультивация земель (водная, химическая, тепловая, геотехническая) устраняет кислотность, засоленность, осолонцованность и загрязненность почв. Работы по повышению эколого-геохимической устойчивости почв рекомендуются проводить с учетом уровней эколого-геохимической устойчивости М.А. Глазовской (таблица 14).

5. Водные мелиорации земель водосборов. Базовая роль при комплексном обустройстве водосборов принадлежит водным мелиорациям. Для достижения надлежащего эффекта рекомендуется совместное (комплексное) применение различных способов мелиорации на всех фациях водосборов. Мелиоративный режим должен формироваться экологически безопасными предполивной влажностью и относительным водообменом. Современные инновационные методы расчетов режима орошения и размеров оросительных норм должны учитывать водообмен. Водообмен влияет на почвообразовательные процессы, формирует грунтовые воды и определяет нагрузку на местный речной сток. От водообмена зависит размер экологически безопасной оросительной нормы.

Водообмен бывает в виде восходящих (капиллярное подпитывание) или нисходящих (промываемость почвы) вертикальных потоков влаги между корнеобитаемым слоем почвы и подстилающими его слоями. Существующие справочные руководства по орошению учитывают возможное капиллярное подпитывание, но совершенно не учитывают промываемость почвы. Хотя в зоне неустойчивого увлажнения даже без орошения наблюдается устойчивый речной сток в межень, следовательно, имеет место промываемость почвы. Для условий Башкортостана промываемость почв находится в пределах 30-70 мм/год, для степных районов России - в пределах 20-60 мм/год и более. На поливных землях, за счет большего увлажнения почвы, промываемость может увеличиваться в два раза. Поэтому важна оперативная объективная оценка промываемости почв при водных мелиорациях, то есть возможность достаточно быстрого и простого определения величины водообмена.

Водообмен можно определить на основе строгого расчета по модели функционирования катен или по упрощенным методам А. И. Голованова и нашим, приведенным ниже.

Величина и направление водообмена, при водных мелиорациях для ровного горизонтального рельефа, зависят от глубины грунтовых вод и от предполивной влажности. Для таких условий А. И. Головановым разработана методика расчета водообмена и получены серии номограмм зависимостей водообмена от глубин грунтовых вод и предполивных влажностей. Эта методика положена в основу разработанного нами упрощенного расчета.

Применительно к водосборам, когда их катены схематизированы сопряженными фациями возвышенности, склона и низины, водообмен зависит еще от крутизны склона и коэффициента поверхностного стока. Крутизна склона таких водосборов определяется как обратная величина коэффициента морфоизографа (таблица 6), а коэффициент поверхностного стока - по рекомендациям А. Н. Костякова. Разработанная модель функционирования катен водосборов позволяет учитывать в расчетах эти параметры. Варьируя на компьютерной модели значениями крутизны склона и коэффициента поверхностного стока, рассчитаны величины водообмена и построены номограммы зависимости коэффициента водообмена от крутизны склона при различных коэффициентах поверхностного стока (рисунок 8).

Рисунок 8 Зависимость коэффициента водообмена от крутизны склона

водосборов при различных коэффициентах поверхностного стока

Тогда, годовой водообмен катены водосбора при водных мелиорациях определяется по формуле:       ,         где - годовой водообмен, определяемый по номограммам А. И. Голованова; - коэффициент водообмена, определяемый по рисунку 8.

Разработанный метод позволяет определить мелиоративную составляющую коэффициента экологической устойчивости мелиорированной катены водосбора при известной предполивной влажности почвы.

6. Регулирование баланса гумуса на обустраиваемых территориях водосборов. Экологические функции почв в сельскохозяйственных землях водосборов регулируются активным управлением биологического круговорота, критерием которого служат запасы гумуса. При обустройстве водосборов с помощью водных мелиораций повышается продуктивность сельскохозяйственных земель. Урожайность катен водосборов Западного Башкортостана увеличивается в 1,33,3 раза и вместе с этим увеличивается сработка гумуса. Для сохранения плодородия почв необходимо поддержание существующего баланса гумуса на сельскохозяйственных землях. С этой целью нами изучена сработка запасов гумуса после водных мелиораций и необходимость дополнительного внесения органических удобрений. В качестве показателей состояния запасов гумуса на мелиорируемых землях использованы: относительное увеличение урожайности, образуемый дефицит гумуса и количество дополнительно вносимого органического удобрения после водных мелиораций (таблица 17).

Таблица 17 Результаты изменения запасов гумуса после водных мелиораций

Группы водосборов

Культура

Состояние сельскохозяйственных земель после мелиорации

увеличение урожайности

дефицит гумуса, т/(га•год)

количество дополнительно вносимого удобрения, т/(га•год)

Лесная

Картофель

Травы

2,0

1,4

0,42

нет

6,4

0

Лесолуговая

Картофель

Травы

1,8

1,2

0,44

нет

6,9

0

Лесостепная

Картофель

Травы

1,7

1,3

0,14

нет

0,7

0

Лугостепная

Картофель

Травы

2,0

1,2

0,04

нет

0,7

0

Степная

Картофель

Травы

3,1

7,5

0,96

нет

14,9

0

На основе исследованных материалов и полученных результатов для каждой ландшафтной группы водосборов разработаны практические рекомендации по комплексному обустройству, позволяющие поддерживать и при необходимости повысить экологическую устойчивость водосборов:

Принято, что экологический каркас водосборов состоит из биоцентров (ядра экологического каркаса), биокоридоров (транзитные территории), буферных зон (буферные территории, защищающие биоцентры и биокоридоры от непосредственного негативного влияния хозяйственной деятельности).

Лесная и лесолуговая группы. С учетом степени нарушенности ландшафтов (таблица 16) необходимо проведение следующих природоохранных мероприятий:

- прекратить вырубку лесов в биоцентрах и биокоридорах, осуществлять рекультивацию пастбищ и создавать культурные ландшафты;

- восстановить биокоридоры, путем создания водоохранных зон вдоль водотоков и лесополос вдоль пашен;

- проводить противоэрозионные мероприятия, в первую очередь на водосборах Ай, Уса, Тюй и части водосбора Уфа. Эрозионноопасные территории составляют 45 53 % площади водосборов;

- оптимизировать плодородие почв путем улучшения агрофизических свойств и теплового режима почв, активизации биологических процессов, обогащения почв органическими веществами;

- рекультивировать нефтезагрязненные почвы на водосборах Тюй и Уса.

Регулярное орошение лесной группы не требуется. Рекомендуется осушение более 50% площади водосборов с нормами до 1,1 м. Относительная допустимая промываемость почвы составляет 0,41 в долях от впитывания воды в почву и 0,64 в долях от суммарного испарения.

На водосборах лесолуговой группы рекомендуется орошать возвышенные фации (32% площади водосборов) в сухие и среднесухие годы по влагообеспеченности с предполивной влажностью 0,74 ППВ. Рекомендуется осушение супераквальных и трансаккумулятивных фаций (до 20% площади водосборов) с нормами до 0,8 м. Относительная допустимая промываемость почвы составляет 0,33 в долях от впитывания воды в почву и 0,51 в долях от суммарного испарения.

Относительная продуктивность водосборов в результате водных мелиораций возрастет в 1,3 раза. При выращивании картофеля для покрытия дефицита гумуса 0,40,44 т/(га•год) нужно ежегодно под картофель вносить 6,47,2 т/(га•год) полуперепревшего навоза. При включении в севооборот многолетних трав, дающих два укоса, баланс гумуса будет бездефицитным.

Лесостепная группа. Требуется оптимизация их инфраструктуры путем сокращения пахотных земель до 18% за счет трансформации сильно - и среднеэродированных земель (до 55% площади водосборов) в улучшенные сенокосы и пастбища.

Рекомендуется проведение природоохранных работ по восстановлению экологического каркаса водосборов:

- восстановить и формировать новые биокоридоры вдоль водотоков и пашен;

- создать буферные зоны вокруг мест активного природопользования с соблюдением всех санитарных требований;

- исключить деградацию пастбищ, истощение и эрозию почв. Практиковать сохранение на окраинах полей многолетней растительности, создающей дополнительные предпосылки для размножения энтомофагов;

- жестко регламентировать работы нефтегазового комплекса, проводить рекультивацию загрязненных нефтью почв и водоемов;

- оптимизировать рекреационные нагрузки на водосборы Нугуша и верхней части Белой, организовать буферные зоны с северной части национального парка Башкортостана.

Рекомендуется регулярное орошение элювиальных фаций (31% площади водосборов) с предполивной влажностью 0,72 ППВ. При повышении мелиоративной составляющей устойчивости орошаемых катен до 4,78, экологическая инфраструктура водосборов будет устойчивой (КЭУ > 0,66).

Рекомендуется осушение супераквальных и основания трансаккумулятивных фаций (до 25% площади водосборов) с нормами до 1,0 м. Относительная допустимая промываемость почвы составляет 0,2 в долях от впитывания воды в почву и 0,25 в долях от суммарного испарения.

Относительная продуктивность водосборов в результате орошения и осушения возрастет в 1,6 раза. При выращивании картофеля для покрытия дефицита гумуса 0,1 т/(га•год) нужно ежегодно под картофель вносить 2,2 т/(га•год) полуперепревшего навоза. При включении в севооборот многолетних трав, дающих два укоса, баланс гумуса будет бездефицитным.

Лугостепная и степная группа. Согласно таблице 16, для них необходима природоприближенная реконструкция всего экологического каркаса:

- восстановить ядра экологического каркаса, путем увеличения буферными зонами площадей биоцентров до 1000 га и более. В буферных зонах культивировать луговую и степную растительность, обладающую высоким потенциалом восстановления;

- восстановить и формировать новые биокоридоры вдоль всех природных и антропогенных линейных элементов, перевести 31% пашен в пастбища, сооружать искусственные водоемы;

- создать санитарно-защитные зоны вокруг мест активного природопользования, проводить обвалование загрязненных территорий, предусмотреть защитные зеленые насаждения, рекультивировать почвы и поверхностные воды;

- обустроить места активного природопользования. Принять меры по минимизации техногенных нагрузок, установить мониторинг за местами активного природопользования, организовать контроль за изменением природной среды.

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.

Выводы

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 (19782009 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 19782009 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 - 3080 мм, в лугостепной - 50120 мм и в степной - 220550 мм в год; осушительные нормы всех групп - 0,71,1 м. Относительная продуктивность водосборов в результате водных мелиораций возрастет в 1,33,3 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.

25. Хафизов, А. Р. Комплексное обустройство степных водосборов Республики Башкортостан [текст]: Монография / А. Р. Хафизов, Д. Н. Кутлияров, А. Н. Кутлияров. – Уфа: Изд. БГАУ, 2009. – 94 с. – ISBN 978-5-86477-110-5.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.