Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Гидрологические основы рациональной водохозяйственной деятельности и охраны вод в пределах малых заболоченных водосборов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Гидрологические основы рациональной водохозяйственной деятельности и охраны вод в пределах малых заболоченных водосборов"

На правах рукописи

КАЛИНИН Владимир Матвеевич

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНЫ ВОД В ПРЕДЕЛАХ МАЛЫХ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ВОДОСБОРОВ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Екатеринбург 1997

Работа выполнена в Тюменском государственном университете.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Г. В. Белоненко доктор географических наук, профессор А. М. Гареев доктор географических наук, профессор А. М. Комлев

Ведущая организация: Нижне-Обское бассейновое водохозяйственное управление.

Защита _ И,- . - ~

дании диссертационного Совета Д099.01.01 при Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов по адресу: 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан Н^ОМ^Ь^ 1997 года

Отзывы о работе в двух экземплярах, заверенные подписями и печатью, просим направлять в адрес института.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.099.01.01, к.т.н., с.н.с.

Ю. С. Рыбаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.„,Малые: реки являются основой гидрографической сет,-питают средние и большие реки, выступают источниками., местного водопользования. Под влиянием хозяйственной, деятельности они испытывают засорение, загрязнение и истощение водных ресурсоа -

Актуальность проблемы малых рек в-настоящее время существенно возрастает в свете новых социально-зкономических условий, которые неизбежно ведут к изменению структуры земле- и водопользования, а следовательно, и к неожиданным проявлениям прежних воздействий.

На севере Русской равнины и на территории Западной Сибири абсолютное большинство малых водосборов в своем составе имеют болота, доля которых может достигать 40-60%. Это специфические бассейны. Большая заболоченность оказывает влияние здесь на естественные процессы влагооборота, качество вод, предопределяет своеобразие хозяйственной деятельности на этих территориях.

В то же время для этих бассейнов отсутствуют комплексные территориальные оценки и прогнозы по воздействию на количество и качество вод хозяйственной деятельности как в русле, пойме и долине, так и на водосборе.

Концепция устойчивого развития предполагает сбалансированную деятельность, в результате которой обеспечивается высокая экономическая эффективность и экологическая безопасность, что может быть достигнуто, на наш взгляд, путем нормирования параметров хозяйственного вмешательства. Такое нормирование для территории распространения заболоченных бассейнов отсутствует.

Спецификой хозяйственной деятельности в пределах заболоченных водосборов является использование торфяных ресурсов, которые в подавляющем большинстве служат основой для развития растениеводства, путем мелиорации болот. Следует отметить, что наиболее заболоченная территория России - Западная Сибирь - является относительно новым районом мелиорации. Слабая изученность гидрологических процессов, сложность регулирования водного и воздушного режимов в корнеобитаемой зоне, вызванная длительным сезонным промерзанием почв, не позволяют надежно определять нормы осушения и увлажнения торфя-

ников. Возникает необходимость изучения (в рамках комплексного подхода к малым рекам) процесса тепловпагооборота зоны аэрации осушаемых почв с целью разработки обоснованных гидромелиоративных норм и методов их определения.

Цель исследования - разработка научно-методических основ изучения процессов тепловлагооборота и нормирования параметров антропогенной деятельности для охраны водных ресурсоЕз, рационального и экологически безопасного использования болот при хозяйственном освоении малых заболоченных водосборов.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач:

- изучить и интерпретировать основные закономерности формирования взаимосвязи элементов гидрологического цикла, режима и биогенного загрязнения на основании данных полевых наблюдений и исследований, использования фондовых и литературных материалов;

- разработать модели гидрологического цикла зоны аэрации болот и весеннего склонового стока малого водосбора для расчетов и прогнозов при различных сценариях хозяйственной деятельности;

- разработать основные технологические нормы для рационального сельскохозяйственного использования заболоченных контуров малых водосборов;

- разработать оптимальный режим осушения при сельскохозяйственном использовании торфяников на основе полученных технологических норм;

- выполнить оценку влияния на элементы гидрологического цикла антропогенизации конкретных малых водосборов в различных природных зонах;

- оценить масштабы эвтрофирования малых рек и выполнить прогноз биогенной нагрузки при различных сценариях хозяйствования в пределах малых заболоченных водосборов.

Исходные материалы. Исследования основаны на многолетних режимных, тепловоднобалансовых, лизиметрических, метеорологических, гидрологических, агробиометрических и др. наблюдениях на 6 опытных участках, расположенных в различных почвенно-климатических условиях. На двух объектах наблюдения выполнены непосредственно автором, а на остальных - под его организационно-методическим руководством.

Использованы данные Зкспедиционйого обследования болотных массивов, выполненного автором для установления зоны влияния при осушении в районах Тюменского Приишимья.

К исследованиям были привлечены материалы экспедиционного обследования порядка 50 малых водосборов, проведенного по руководством и при непосредственном участии автора в течение четырех полевых сезонов и охватывающего территорию Восточного Зауралья, в основном, в пределах Тюменской области.

Широко использовались фондовые источники и справочная литература Росгидромета по гидрометеорологическому режиму, водно-и теплобалансовым наблюдениям, качеству вод, водно-физическим свойствам почвы и др. Привлекались также данные ежегодной статистической отчетности.

В обобщение были включены все доступные исследования по гидрологии болот, водному балансу, биогенному загрязнению малых рек, характеристике природных условий и ресурсов Западной Сибири.

В теоретических построениях моделирования гидрологического цикла, разработке технологических норм и оценке биогенного загрязнения автор опирался на работы В.С.Мезенцева, И.В.Карнацевича, М.И.Будыко, К.Е.Иванова, В.В.Романова, Б.С.Маслова, С.Ф.Аверьянова, А.М.Субботина, Ю.Б.Виноградова, Н.И.Хрисанова и др. ученых, исследования которых послужили основой разработки темы и повлияли на решение конкретных задач.

Методика исследований. Изучение гидрологического цикла в пределах малых заболоченных водосборов основано на методах полевого эксперимента и. экспедиционного исследования. Описание тепловлагооборота выполнено с широким привлечением методов водного баланса и математического моделирования. При оценке антропогенных воздействий на количество и качество вод малых рек использовался географо-гидрологический подход к изучению природных ресурсов.

Полуэмпирические воднобалансовые модели влагооборота в пределах зоны аэрации болот и малых водосборов адаптированы к конкретным условиям с помощью численных методов решения трансцендентных уравнений.

При обработке материалов наблюдений применялись вероятностно-статистические методы, картографический метод, регрессионного анализа, интерполяционные расчеты и методы экстра-

полиции, методы сглаживания и выравнивания, методы объективной оценки полученных результатов.

Научная новизна диссертации состоит в разработке новых подходов изучения и .расчетов .гидрологического цикла с .учетом взаимосвязи и взаимозависимости элементов.водного баланса ландшафтно-технологических контуров в пределах малых заболоченных водосборов. При этом впервые предложенный метод позволяет учесть влияние на процессы влагооборота длительной сезонной мерзлоты, особенно на осушаемых торфяных почвах.

В процессе проведения экспериментальных работ прошли испытание и показали хорошие результаты предложенные автором лизиметры с двойным металлическим корпусом, позволяющие оценить влияние уровня грунтовых вод на глубину промерзания и другие гидротермические характеристики. Предложена новая трактовка и получены формулы оценки влияния лизиметрических условий на теплоэнергетические ресурсы. Экспериментально установлен факт миграции влаги от грунтовых вод в зону аэрации через мерзлую прослойку в весенний период.

Впервые для изучаемой территории ;на новой методической основе дана оценка влияния хозяйственной деятельности на дифференциацию стока в Пределах малого заболоченного водосбора, его величину в замыкающем створе, биогенного загрязнения малых рек. при различных сценария^ землепользования в бассейне.

Получены новые данные о влиянии осушения на уровень грунтовых вод прилегающей территории и выполнена оценка изменения элементов водного баланса при осушении болот.

Предложены технологические нормы и на их основе разработан новый оригинальный способ осушения болот с учетом зимнего режима грунтовых вод.

На защиту выдвигаются:

• новые подходы к изучению процессов влагообмена при моделировании гидрологического цикла, ландшафтно-технологических контуров с целью оптимизации хозяйственной деятельности в пределах малых заболоченных водосборов;

• методы и результаты оценки изменений речного стока и биогенного загрязнения при различных сценариях хозяйственного освоения малых заболоченных водосборов;

• методы оценки влагозапасов в почве, максимально возможного и суммарного испарения, миграции влаги от грунтовых вод и нижележащих слоев почвы в зону аэрации;

• нормирование гидромелиоративных режимов для эффективного и экологически безопасного использования торфяников в растениеводстве и на этой основе - новый оригинальный способ осушения;

• методика и результаты оценки влияния антропогенизацйи болот на изменение элементов водного баланса и уровень грунтовых вод

Практическое значение. Диссертационная работа в значительной мере связана с выполнением ряда государственных научных программ по изучению отдельных крупных болотных массивов Западной Сибири (№ ГР 71063137), разработке методов и технических средств освоения переувлажненных земель (№ ГР 01.83.0028400), разработке рекомендаций по гидрологическим расчетам (№ ГР 432620), а также договорной теме по исследованию антропогенного влияния на малые водосборы и реки (№ ГР 01910047512) и др.

По результатам исследований разработаны "Рекомендации по расчетам водного режима при проектировании осушения на мощных и среднемощных низинных торфяниках Тюменской области" (1981), "Рекомендации по прогнозу стока малых рек при различных сценариях землепользования на водосборе" (1995), "Временные рекомендации по определению биогенного загрязнения малых рек юга Тюменской области" (1995). Практические разработки автора вошли во Всесоюзное "Пособие по гидрологическим расчетам при проектировании осушительных и осушительно-увлажнительных систем" (Союзводпроекг, 1991), опубликованы в "Обзоре экологического состояния, использования природных ресурсов, охраны окружающей среды Тюменской области" (1996), внедрены в проекты более 50 осушительных систем.

Ряд положений диссертации используется в курсе "Геоэкологический мониторинг", спецкурсе "Мелиорация земель. Экологические аспекты", которые автор преподает в Тюменском госуниверситете.

Апробация работы и публикации. Основные теоретические положения и практические результаты докладывались и обсуждались на совещаниях, съездах, конференциях, на заседаниях кафедр, секций и ученых советов учебных и научно-исследо-

вательских институтов в Москве, Тюмени, Перми, Омске, Красноярске, Владивостоке и других городах.

Наибольшее количество докладов было сделано в рамках заседаний ученого совета Западно-Сибирского филиала ВНИИГиМ, научно-технических советов Тюменгипроводхоза и Нижнеобского водохозяйственного управления, экспертного совета комитета по охране окружающей среды Тюменской области (г.Тюмень), секции осушения ВНИИГиМ (г. Москва). Плодотворными были обсуждения на заседаниях кафедры гидрологии и водоснабжения Омского сельхозинститута.

Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях по совершенствованию проектирования и использованию мелиоративных систем (г. Красноярск, 1976, 1978, 1980), "Мелиорация земель Западной Сибири и пути повышения их использования" (г. Тюмень, 1978), повышению эффективности сельскохозяйственного производства, которые проводились Тюменским сельхозинститутом и НИИСХ Северного Зауралья (г. Тюмень, 1979, 1987, 1989, 1995), на VII и IX научно-практических конференциях по водохозяйственному строительству (г. Омск, 1975, 1983), заседании секции ВАСХНИЛ "Проблемы закрытого дренажа в Сибири и на Дальнем Востоке" (г. Тюмень, 1984), на совещании по вопросам осушения в экстремальных климатических условиях (г. Хоби, Грузия, 1984), Международных гидрологических курсах ЮНЕСКО при МГУ (1989), Всесоюзном совещании "Роль мелиорации в природопользовании" (г. Владивосток, 1990), на международных конференциях по геоэкологическим аспектам хозяйствования (г. Пермь, 1993, 1995), в рамках регионального научно-практического семинара, где обсуждалась роль географии в решении экологических проблем (г. Челябинск, 1995), на международной научно-практической конференции "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере" (г. Тюмень, 1995) и на республиканской конференции "Рациональное природопользование и экологический мониторинг" (г. Барнаул, 1996).

Основное содержание работы опубликовано в монографии и 32 статьях общим объемом около 22 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы с учетом 92 таблиц составляет 233 страницы машинописного текста, 61 рисунок и 35 приложений. Список литературы включает 212 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ И НОРМИРОВАНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В БАССЕЙНАХ МАЛЫХ РЕК

¿Экологически безопасная хозяйственная деятельность в пределах речных бассейнов предполагает соблюдение ряда законов, правил, нормативных ограничений, проведения определенных мероприятий и т.д. с целью сохранения количества и качества водных ресурсов на уровне, близком к естественному. Разработка указанных нормативов вызывает необходимость широкого и всестороннего изучения антропогенных воздействий на гидрологический цикл как основы оптимизации водохозяйственной деятельности.

В настоящее время этот вопрос достаточно хорошо изучен. В работах Г.Н. Высоцкого (1932), С.Ф. Федорова (1967), М.И. Львовича (1969), В.Ф. Шебеко, Л.И. Закржевского, Э.А. Брагилезской (1980), В.Ф Шебеко (1980), Б.С. Маслова, В.И.Минаева (1980), C.B. Марунича, С.Ф.Федорова (1986), В.М. Мишона (1988), И.А. Шикломанова (1989), В.Е. Водогрецкого (1990) и др. рассматривается влияние на элементы водного баланса и режима (осадки, испарение, сток склоновый и речной, уровень грунтовых вод, влажность почвы) лесотехнических и агротехнических мероприятий, осушения, орошения, урбанизации и flpj Несмотря на длительную историю изучения некоторых аспектов антропогенного влияния, сохраняются дискуссионные моменты оценки воздействия на сток леса, распашки земель, осушения болот. \

На наш взгляд, это связано с тем, что сток - это процесс многофакторный. При этом в результате антропогенного влияния изменение одних факторов способствует увеличению, а других -уменьшению стока. В одних условиях первые подавляют вторые, в других - наоборот. В результате исследования, проводимые в разных условиях, противоречат друг другу.

Например, лес способствует накоплению снегозапасов, что объективно ведет к увеличению стока. Но в лесу более проницаемые почвы и затянутый процесс снеготаяния, что ведет к снижению поверхностного стока. Обычно, второе сочетание факторов преобладает, но после многоснежной и суровой зимы может превалировать первый фактор.

Другой пример связан с осушением болот. Объективно создание искусственной гидрографической сети в виде каналов и дрен ведет к возрастанию стока. В то же время увеличение зоны аэра-

ции за счет снижения уровнй груйтовых вЬд способствует поглощению почвой талой воды, что снижает сток. На эти положения еще в 1950 году указывали В.В. Романов и К.Е. Иванов.

^Оценка антропогенного влияния на элементы гидрологического цикла может выполняться статистическими, воднобалансовыми методами,.-математического и физического моделирования, активного эксперимента^ В определенной степени синтезом указанных методов сналичием собственной осноббполагающей идеи является географо(ландшафтно)-гидрологический метод, который, на наш взгляд, оказался Наиболее продуктивным при оценке антропогенного влияния на количество и качество водных ресурсов малых водосборов. «^ г ■ . .

Применительно к проблеме" разработки гидромелиоративных режимов при осушении заболоченных контуров мгГлЫх водЬсборов предложен ряд воднобалансовых методов/среди которых необходимо отметить методы А:Н. Костякова (1919,1947), А.Д. Сава-ренского (1959), ТС;Ф. Аверьянова (1956, 1963), В.Ф. Шебеко (1962, 1965, 1970,г 1972; 1980), В.Ф. Митина (1972; 1978); С.И. Харченко (1987) и др. ' - - -

Эти предложения позволяют определять объемы сброса излишней воды и дефициты увлажнения при мелиорации болот. Однако большинство из них не являются универсальными потребуют доработки и адаптации применительно к конкретным поч-венно-климатическим условиям на основе полевых экспериментальных наблюдений.

ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ

И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ

Для оценки реального экологического состояния малых рек, их загрязнения, засорения и истощения водных ресурсов в течение 4-х полевых сезонов (1991-1994 гг.) было проведено их обследование на территории Восточного Зауралья, в основном, в административных границах Тюменской области (без национальных округов).

При экспедиционном обследовании в программу работ входило измерение уровней, скоростей и расходов воды, мутности и расходов наносов, отбор проб на химический анализ, визуальный осмотр экологически опасных участков и др.

Как показало обследование, современное состояние малых рек региона характеризуется развитием эрозионных процессов, загрязнением и истощением водных ресурсов. Популярная практика сооружения плотин на малых реках с помощью бульдозера путем сгребания грунта с окрестных берегов, отсутствие водосбросных устройств или их примитивное оборудование в виде одной или нескольких труб без гасителей энергии привели к широкому развитию эрозионных процессов на малых реках. Из-за ежегодных прорывов временных плотин эрозионные образования тянуться на сотни метров, русло засорено продуктами размыва и остатками бывших плотин.

В результате руслового регулирования истощены водные ресурсы рек Китерня, Локтинка, Абак, верховьев Емца. Сток в период летней межени в нижних бьефах плотин этих рек отсутствует.

Многие реки загрязнены продуктами животноводства. Загоны для скота включают акватории рек Ашлык, Агитка,- Краснояр, Ук, Китерня и др.

Малые реки загрязнены выше ПДК нефтепродуктами, фенолами, пестицидами, СПАВ, фосфатами, ионами аммония и железа. Чистых рек практически нет. Более или менее чистые реки, отнесенные правда к категории загрязненных, находятся в северо-восточной части обследованной территории.

Русловое регулирование на малых реках исследуемого региона сосредоточено, в основном, в полосе шириной порядка 150 км, протянувшейся с запада на восток в пределах подтайги и северной лесостепи. Здесь находится до 600 прудов и водохранилищ различного типа и назначения.

Все искусственные водоемы делятся на 4 группы:

- водохранилища (пруды) инженерного типа, построенные по проекту. Они в подавляющем большинстве случаев обладают необходимым запасом прочности, выполняют свои функции по водоснабжению, обводнению, рекреации и облагораживают пейзаж. Однако их количество составляет всего 8% от общего числа обследованных водоемов;

- самодельные пруды, не уступающие по своим характеристикам инженерным. Они составляют 10% обследованных плотин;

- плотины, построенные для сезонного регулирования. Они задерживают весенний сток, но разрушаются через три - четыре года. Получается, что они рассчитаны на регулирование весенне-

го стока обеспеченностью более 25 - 33%. Такие плотины составляют 24% от общего количества обследованных;

- ежегодно насыпаемые и смываемые весной плотины, которые сооружаются с помощью бульдозера для задержания летнего меженного стока. Их число составляет 58%. Это наиболее опасные с экологической точки зрения сооружения, т.к. они способствуют эрозии берегов, поймы и долины, засоряют русло и портят пейзаж.

Малые заболоченные водосборы являются сосредоточением торфяных ресурсов, которые используются для добычи торфа на отопление, производство удобрений, в качестве химического сырья и др. Наиболее массовым является использование торфяников в растениеводстве для возделывания, в основном, кормовых культур. При этом существенное значение для эффективного и экологически безопасного сельскохозяйственного использования торфяников имеет изучение влагооборота зоны аэрации и на этой основе установление обоснованных технологических гидромелиоративных норм.

С этой целью проводились полевые экспериментальные наблюдения на 6 опытных участках. Наблюдения включали определение метеорологических условий, гидрофизических характеристик, режима влажности почвы и уровня грунтовых вод, промерзания и оттаивания почвы, запасов воды в снеге и др.

В результате были установлены основные количественные характеристики элементов водного баланса и режима на осушаемых торфяниках.

Констатирована тесная связь водного режима болот с режимом атмосферного увлажнения. Режим влажности почвы в существенной мере зависит и от влагонакопления в мерзлом слое зимой и подпитывания от грунтовых вод летом. Режим суммарного испарения как внутри суток, так и в течение вегетационного периода тесно связан с режимом положительной составляющей радиационного баланса, отражающей теплоэнергетические ресурсы климата. В то же время суммарное испарение даже на болоте зависит от условий увлажнения. Уточнена формула зависимости испарения от влагозапасов почвы и максимально возможного испарения путем введения коэффициента, учитывающего биологические свойства растений (14).

100

Рис.1. Лизиметр

1 - внутренний цилиндр; 2 - швелер № 10; 3 - стержень; 4 - внешний цилиндр; 5 - монтажные петли; 6 - сетка; 7 - патрубок.

2000

Рис. 2. Смотровой колодец

1 - полка; 2 - скобы; 3 - питательный бак; 4 - монтажные петли по углам (4 шт.); 5 - швелер; 6 - резиновый шланг; 7 - регулирующий бак; 8 - лизиметр.

Отмечается факт увеличения радиационного баланса на болоте по сравнению с зональными значениями. Получено количественное описание, учитывающее возрастание максимально возможного испарения в условиях болот:

Zm=Zm+31,6, (1)

где Zm - месячные значения максимально возможного испарения в условиях избыточного увлажнения (болот); Zm - месячные зональные значения максимально возможного испарения.

Режим водообмена грунтовых вод с зоной аэрации круглогодично изучался на двух объектах с помощью лизиметров. На объекте "Решетниково" совместно с A.C. Моториным были установлены лизиметры, представленные на рис. 1-2. Всего было

заложено на этом объекте 24 подобных лизиметра по 6 штук вокруг смотрового колодца (рис.2).

Успешная круглогодичная работа лизиметров в течение 5-летнего периода позволила выявить ряд новых фактов и закономерностей влагооборота зоны аэрации торфяников.

Обнаружено наличие адвективного притока тепла на лизиметры с близким залеганием грунтовых вод по сравнению с окружающим полем. Получены количественные характеристики этого притока и разработана методика определения максимально возможного испарения для лизиметрических условий:

К = Rn + Рл = Ед - Еп + OjSRfj , (2)

где Z"n- максимально возможное испарение в лизиметрических условиях; R* - положительный радиационный баланс окружающего лизиметр поля; Р* - приток тепла на лизиметр с уровнем грунтовых вод, превышающий последний в поле; Ел - испарение с лизиметра; Еп - испарение с поля.

В целом, установленные научные факты и закономерности влагооборота зоны аэрации явились основой разработки модели гидрологического цикла и гидромелиоративных норм, обеспечивающих эффективное и экологически безопасное использование торфяников в растениеводстве.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА

В качестве основы моделирования поверхностного склонового стока весеннего половодья принят географо-гидрологический метод (В.Г. Глушков, 1915, 1933; B.C. Кузин, В.Н. Бабкин, 1979; А.И. Субботин, Е.С. Змиев, В.Л. Нежевенко, И.И. Мамай, 1973; А.И. Субботин, 1983; Гидрологические исследования ландшафтов, 1986 и др.). Согласно основной концепции этого метода, каждый речной бассейн состоит из элементарных водосборов, которые имеют примерно одинаковые природные условия. Такие элементарные водосборы называются стокоформирующими комплексами (СФК) (Ландшафтно-гидрологический анализ территории, 1992).

Тогда для каждого такого выдела можно записать уравнение водного баланса поверхности земли:

и, + Х+К = и2 + У+| + Е,

(3)

где 11-1, 1)2 - запасы воды на поверхности земли в начале и конце расчетного периода; X - атмосферные осадки; 14 - приток с внешнего водосбора; У - сток; I - инфильтрация; Е - испарение с поверхности воды в понижениях водосбора.

Если принять, что данный территориальный стокоформирую-щий комплекс ограничен и приток со стороны отсутствует, то можно записать:

где т| - коэффициент стока; ли - изменение запасов воды на поверхности земли СФК.

В правой части уравнения величина (I + Е - Д11) в значительной степени связана с фильтрационными свойствами почвы. Чем ниже коэффициент фильтрации почв, тем дольше вода задерживается на поверхности, тем меньше величина I и больше Е и ди. Фильтрационные свойства почвы в свою очередь определяются ее механическим составом, влажностью, наличием льда в ее порах и др. Поэтому целесообразно искать зависимость коэффициента стока от величины:

где ПВ - полная влагоемкость активного слоя почвы; МГ - максимальная гигроскопичность того же слоя; \ZVcp - средняя за расчетный период влажность активного слоя почвы.

Такой подход в полной мере удовлетворяет условиям суходольного СФК. На болоте влажность торфяной залежи зоны аэрации, ее льдистость в период снеготаяния в значительной степени определяются уровнем грунтовых вод. Более того, на осушаемом болоте, особенно в условиях Сибири, в весенний период влажность активного слоя почвы лишь частично определяет фильтра-

У = X + и, -112 -1 - Е Разделив обе части уравнения на осадки, получим:

(4)

(5)

(6)

ционные свойства и поглощающую емкость зоны аэрации. В предвесенний период грунтовые воды залегают глубоко и в принципе болото (осушенное или целинное, но особенно осушенное) может поглотить достаточно большое количество талых вод. В то же время в течение зимы происходит насыщение мерзлого слоя торфа до значения, близкого к полной влагоемкости. В этом случае получается, что поглощающая емкость отсутствует. Однако, как показывают данные наблюдений, талая вода по кротовинам, корням растений, дренажным засыпкам, проталинам фильтруется к грунтовым водам и вызывает их подъем. Поэтому для болотных СФК логичнее коэффициент стока искать в виде:

где И - средний уровень грунтовых вод в период снеготаяния; Ькр - критическая глубина грунтовых вод, при которой коэффициент стока с болот равен коэффициенту стока при отсутствии влияния грунтовых вод.

Реализация выражений (6 - 7) выполнена на основе данных Подмосковной воднобалансовой станции (Материалы наблюдений Подмосковной стоковой станции, 1955-1981) с привлечением материалов Кустанайской ВВС и Валдайской гидрологической лаборатории (С.Ф. Федоров, 1972; Водный баланс Кустанайской области, 1968; Формирование и расчеты элементов водного баланса Северного Казахстана, 1971), данных наблюдений за элементами водного баланса и режима на болотах (В.М.Калинин, А.С.Моторин, 1995).

Получена формула определения коэффициента стока талых вод:

где rie - коэффициент стока суходольных СФК; а - параметр, характеризующий поверхностную емкость водосбора; m, b - параметры, зависящие от глубины промерзания почвы.

а

(8)

ЕЛИ ШШ2 шгаз ЕШ^ СПЗЙ Шв и? ш*

9

Из!

512

314

ШМ1 Из Шъ Ш? Ей» Ш® Ей» Шъ

Рис. 3 Серия карт, определяющая количественные характеристики СФК водосбора реки Малый Ик

А - изолинии уклонов.

Б - землепользование на водосборе: 1 - пашня; 2 - луг; 3 - лес; 4 - болото.

В - почвы: 1 - светло-серые лесные среднесуглинистые; 2 - темно-серые лесные среднесуглинистые; 3 - темно-серые лесные тяжелосуглинистые; 4 - серые лесные среднесуглинистые; 5 - серые лесные тяжелосуглинистые; 6 - лугово-черноземные среднесуглинистые; 7 - черноземы карбонатные среднесуглинистые; 8 - луговые среднесуглинистые; 9 - луговые тяжелосуглинистые; 10 - луговые осолоделые тяжелосуглинистые; 11 - лугово-болотные среднесуглинистые; 12 - лугово-болотные тяжелосуглинистые; 13 - торфяно-болотные; 14 - торфяные.

Г - стокоформирующие комплексы: 1 - пашня на черноземных среднесуглини-стых почвах; 2 - пашня на луговых среднесуглинистых почвах; 3 - пашня на серых лесных среднесуглинистых почвах; 4 - луг пойменный на луговых среднесуглинистых почвах; 5 - луг суходольный на черноземных среднесуглинистых почвах; 6 -луг суходольный на луговых среднесуглинистых почвах; 7 - луг суходольный на

серых лесных среднесуглинистых почвах; 8 - луг суходольный на луговых тяжелосуглинистых почвах; 9 - луг суходольный на серых лесных тяжелосуглинистых почвах; 10 - лес лиственный на луговых среднесуглинистых почвах; 11 - лес лиственный на серых лесных среднесуглинистых почвах; 12 - лес лиственный на луговых тяжелосуглинисгых почвах; 13 - лес лиственный на серых лесных тяжелосуглинистых почвах; 14 - лес лиственный на луговоболотных среднесуглинистых почвах; 15 - лес лиственный на луговоболотных тяжелосуглинистых почвах; 16 - болото.

Для заболоченных СФК применяется выражение:

= (9)

^1 + (3,7И/ЬКРГ5

Значения числовых параметров в формулах (8-9) определяются по следующим выражениям:

^0,55ехр[-0,27д _ ^

р+(з 0IV)3

где \ - уклон СФК, %<>; Р - площадь СФК, км2; кф - средний коэффициент фильтрации активного слоя почвы, м/сут; Ипр - максимальная глубина промерзания почвы, м; Ьт, р, с - числовые параметры.

Калибровка модели сводится к расчету величины стока с каждого СФК, а затем к средневзвешенному суммированию для определения стока в замыкающем створе. Последний сравнивается с измеренным стоком или снятым с карты изолиний. В случае расхождения продолжается решение уравнений до совпадения величин стока с заданной точностью (обычно 0,1 мм). В качестве ка-либровоченого фактора выступает коэффициент фильтрации почв. Адаптированная таким образом к условиям данного водо-

сбора модель затем может быть использована для расчетов стока при различных вариантах хозяйственного освоения водосборов, поступления биогенных и других веществ с ландшафтно-технологических контуров и др.

Основой расчетов служат картографические материалы, составляемые для каждого расчетного бассейна в масштабе 1: 100 ООО в виде карт землепользования, уклонов, почв и стоко-формирующих комплексов (СФК ). В качестве примера на рис.3 приведен комплекс карт, построенных для водосбора реки Малый Ик (В.М. Калинин, Д.Н. Коротких, 1996).

Особое место в гидрологическом цикле и хозяйственном значении малых водосборов гумидной зоны занимают болота. Их эффективное и экологически безопасное использование в растениеводстве требует регулирования водного режима с целью создания для растений оптимальных гидротермических условий. Для проектирования и эксплуатации совершенных мелиоративных систем на болотах большое значение имеет моделирование водного режима.

Изучение взаимосвязи влагозапасов в почве с уровнем грунтовых вод на лизиметрах (рис.2-3) с привлечением аналогичных данных других регионов показало, что эта связь может быть схематизирована по параболе с пределом, равным влажности почвы при отсутствии влияния грунтовых вод (рис.4-5). Получена надежно обоснованная формула (13), позволяющая рассчитывать влажность почвы в широком диапазоне природных условий.

Указанная формула является основной в воднобалансовой модели влагооборота зоны аэрации осушаемых почв. Модель базируется на совместном решении уравнений водного баланса зоны аэрации и баланса грунтовых вод (16), зависимости влажности почвы от уровня грунтовых вод (13) и суммарного испарения от влажности почвы (14). В систему включено уравнение С.Ф.Аверьянова, описывающее зависимость внутреннего стока от уровня грунтовых вод(15).

X

4 х 10 ка] I \/ \ .

У =--(ьд - ьср)1ьд ~ ЬСР + )

2к,(\Уср-\У,)-КХ + г + у

Ппп = П1 +-------

ср 2000х

УУ2= 21/^-1«,

(17)

(16)

(15)

где И-1, Ь2, Иср - начальный, конечный и средний в расчетном периоде уровень грунтовых вод, м; У\1Ь \Л/2, У\1ср - начальная, конечная и средняя влажность в расчетном периоде заданного слоя почвы в долях наименьшей влагоемкости; КХ - исправленные осадки, мм; Ъ - суммарное испарение, мм; К2, К3 - коэффициенты, учитывающие влияние мерзлоты в торфе; |1д - глубина закладки дрен (каналов); В - расстояние между дренами (каналами), м; ^ -коэффициент, учитывающий разницу в изменениях за расчетный период влагозапасов в заданном слое и зоне аэрации. Для месячных периодов к! = 1,43, для декадных к-| = 1,77; к - коэффициент фильтрации, м/сут; <ц - коэффициент висячести в долях единицы; у - сток, мм/дек; - коэффициент водотдачи в долях единицы; НВ - наименьшая влагоемкость расчетного слоя, мм; а - коэффициент, зависящий от фазы развития растений; ¿т- максимально возможное испарение в условиях осушаемых болот; ПВ - полная влагоемкость расчетного слоя, м; - уровень грунтовых вод, при котором прекращается их влияние на влажность расчетного слоя, м; т - расстояние от дрены до водоупора, м; |1т - мощность расчетного слоя почвы, м; \/с - влажность расчетного слоя почвы при отсутствии влияния грунтовых вод в долях наименьшей влагоемкости; Ч, - полная влагоемкость в расчетном слое в долях наименьшей влагоемкости; X - лизиметрическая поправка, принимается X = 0,72.

Рис 4, Схема зависимости влажности почвы от уровня грунтовых вод

Рис.5. Зависимость (1-\Л/ЛЛ/п) / (1ЛЛ/0 ЛЛ/„) = ((И / Ит + по лизиметрическим данным 1-3 - объекты: 1 - "Решетниково" (Тюменская обл.), 2 - "Усалка" (Тюменская обл.), "Щеголево" (Смоленская обл.), 4 - Полесская болотная станция (Белоруссия).

Модель позволяет определять элементы водного режима торфяных почв при различных вариантах и способах осушения, а также дефициты увлажнения и оросительные нормы в случае использования дождевания. Система решается численным методом деления пополам. При этом принимаются крайние пределы колебания уровня грунтовых вод 0-3 метра. В первой декаде этот интервал делится пополам и значение 1,5 метра подставляется в уравнение (13). Определяется Wcp. Используя этот аргумент, по уравнению (14) определяют суммарное испарение Z. По уравнению (15) при значении hcp =1,5 метра определяется дренажный сток и, наконец, по уравнению (16) рассчитывается новое значение уровня грунтовых вод hcp. Совпадение принятого в начале значения hcp (в данном случае hcp = 1,5 м) с полученным по уравнению (16) позволяет прекратить расчет по первой декаде.. В противном случае подбор продолжается. Величина уровня, определенная по уравнению (16), указывает на интервал следующего деления пополам. Если она окажется меньше 1,5 м, деление производится в диапазоне 0 - 1,5 м, то есть принимается hcp = 0,75 м, и производится новый цикл расчетов. Подбор hcp продолжается до тех пор, пока эти величины не совпадут с заданной точностью.

Рассмотренные воднобалансовые модели гидрологического цикла зоны аэрации болот и поверхностного весеннего стока сто-коформирующих комплексов малых водосборов позволяют выполнять оптимизационные расчеты по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных вариантов хозяйственного использования земельных, водных и торфяных ресурсов.

ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА ДЛЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФЯНИКОВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

В результате экспериментальных наблюдений на лизиметрах разработана зависимость урожая от влажности полуметрового слоя почвы:

где У - урожай при текущей влажности почвы, ц/га; У0 - то же при . оптимальной влажности, ц/га; \ЛГ- влажность полуметрового слоя торфяной почвы; \Л/0 - оптимальная влажность того же слоя; а - числовой коэффициент.

о

(18)

Значения главных факторов, определяющих урожай, можно рассчитать по формулам:

У о = Ь-10~с^/<|"1'г,

( т ^

1 +

+ Р

(19)

(20)

где t - среднесуточная температура воздуха с 1 мая по дату уборки, град; Ь, с, с!, Б, т - числовые коэффициенты; У0 - оптимальная влажность полуметрового слоя почвы в долях наименьшей влагоемкости.

Количественные характеристики числовых параметров представлены в таблице 1,

Таблица 1

Числовые коэффициенты в формулах зависимости урожая от влажности почвы и температуры воздуха

Культура Числовые коэффициенты

а Ь с С| в тп Р Г

Овес на сено 2 100 35 16,3 0,40 3,0 0,60 12

Многолет. травы на сено 2 140 17,5 17,0 0,32 3,0 0,73 12

Капуста 4 66 "1 5 16,0 0,30 4,3 0,70 10

Большинство коэффициентов таблицы 1 имеют вполне определенное физическое значение. Например, коэффициент а определяет форму колоколообразной кривой зависимости урожая от влажности почвы: чем он меньше, тем более пологий вид имеет вершина кривой. Этим определяется диапазон допустимых колебаний влажности по сравнению с оптимальной величиной. В частности, если изменить влажность почвы по сравнению с оптимальным значением на 20%, то есть принять \Л//\Л/о=0,8, то относительный урожай для трав получиться 0,83, а для капусты 0,69. То есть, капуста более чувствительна к колебаниям влажности.

Если известен диапазон колебаний температуры воздуха с 1 мая по дату уборки за многолетний период, то можно по формуле (20) определить пределы оптимальных значений почвенной влажности. Для условий юга Тюменского региона они полупились следующими: однолетние травы 0,8-0,9 НВ, многолетние травы 0,91,0 НВ, капуста 0,85-0,95 НВ.

Глубина залегания грунтовых вод на осушаемых торфяниках является одним из важнейших элементов режима осушения. В условиях длительно сезонно-мерзлотных почв, какими являются торфяные почвы Западной Сибири, вопрос определения оптимальной глубины залегания грунтовых вод (нормы осушения) особенно актуален. Это связано с тем, что здесь возникают неясные вопросы о норме осушения в период наличия мерзлоты в почве и о роли зимнего положения грунтовых вод в водном режиме вегетационного периода.

Рассмотрим три основных периода работы осушительной системы: предвегетационный и вегетационный периоды при наличии мерзлоты в торфе, вегетация при отсутствии мерзлоты, зимний период.

Часть вегетационного периода при отсутствии мерзлого слоя в торфе характеризуется наличием взаимосвязи грунтовых вод и влагозапасов в почве. Оптимальная глубина грунтовых вод в этот период, обеспечивающая оптимальную влажность почвы при данных погодно-климатических условиях, является нормой осушения в общепринятом понятии этого термина. Решая уравнение (13) относительного среднего за период значения уровня грунтовых вод hcp и обозначив его h0, получим формулу для расчета нормы осушения при заданной оптимальной влажности почвы W0.

Эта формула дает значения нормы осушения для случая, когда оптимальная влажность уже достигнута на начало расчетного периода. Однако в большинстве случаев к моменту исчезновения мерзлоты влажность почвы не только не достигает оптимального значения, но даже превышает наименьшую влагоемкость. Это связано, в основном, с накоплением влаги в мерзлом слое в зимний период в виде внутрипочвенного льда, удалить который дренажной сетью невозможно. Чтобы устранить это неблагоприятное явление, в зимний период необходимо поддерживать уровни грунтовых вод на глубине 160-200 см.

Следующий этап - это предвегетационный и вегетационный период при наличии мерзлоты в торфе. Продолжительность этого периода от конца снеготаяния составляет 40-90 дней. На этот период приходится основное время вегетации многолетних трав первого укоса и начало вегетации однолетних культур, то есть отрезок времени достаточно продолжительный и важный с точки зрения формирования урожая.

Основная особенность этого периода состоит в значительном ослаблении связи грунтовых вод с влагозапасами почвы. Слой мерзлоты большую часть этого периода экранирует грунтовые воды от верхнего талого горизонта, и грунтовая вода не участвует в формировании водного режима корнеобитаемой зоны.

Однако при определенных условиях (в случае обильных дождей) грунтовые воды могут подниматься, подтоплять талый слой и даже выйти на поверхность.

Таблица 2

Внутригодовой проектный водный режим осушаемого торфяника, используемого под однолетние травы

Период Уровень грунтовых вод, см Влажн. почвы в долях НВ

начало периода конец периода начало периода конец периода

Зима 20.10-1.04 180 200 0,8 1,0

Снеготаяние 1-20.04 200 90 1,0 1,0

Вегет. при мерзлоте в торфе 20.04-20.06 95 95 1,0 0,9

Вегетац. при талом торфе 20.06-1.08 95 95 0,9 0,85

Сброс воды 1.08-20.10 95 180 0,85 0,85

Выполненный анализ режима выпадения дождей в этот период показал, что условие незатопления 30-сантиметрового слоя почвы соблюдается, если норма осушения составит 70-90 см.

Таким образом, рассмотрены все три внутригодовых этапа работы осушительной системы и в каждом из них показаны оптимальные элементы водного режима, которые обеспечивают полу-

чение высокого урожая. На основании этого составлены таблицы, где даны основные параметры водного режима для капусты, однолетних и многолетних трав. В качестве примера приведены данные для однолетних трав (табл.2). Предложенный способ регулирования почвенной влажности испытан на лизиметрах и защищен авторским свидетельством №1184451 (1985).,

С учетом этого на основе формул (13-17) разработаны три варианта работы регулирующей сети: первый - внутригодовое регулирование для поддержания оптимальной глубины грунтовых вод в течение всего года (табл. 2), второй - интенсивное осушение с применением дождевания в сухие годы, третий - реальное осушение без применения регулирующих мероприятий, но максимально приближенное к оптимальному режиму.

Выполненные оценки всех трех вариантов работы регулирующей сети показали, что с точки зрения получения максимального урожая приемлемыми являются первый и второй варианты; Однако прибавки урожая невелики (в среднем 16 %), а капитальные затраты значительны. Поэтому экономически целесообразным является третий вариант, для которого предложены оптимальные уровни грунтовых вод.

ОПЫТ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕНИЗАЦИИ МАЛЫХ ВОДОСБОРОВ НА РЕЧНОЙ СТОК

Метод географо-гидрологического анализа с использованием разработанной воднобалансовой модели (формулы 8-12) с целью оценки антропогенного воздействия на речной сток был реализован на ряде конкретных водосборов, расположенных в Восточном Зауралье на западе Западно-Сибирской равнины. Водосборы находятся в трех природных зонах - южной тайге, подтайге, лесостепи - в бассейнах рек Ишима, Вагая, Тобола и имеют заболоченность от 1% до 60%.

Антропогенное воздействие здесь, в основном, связано с сельскохозяйственным производством. Главными факторами, способствующими засорению, загрязнению и истощению водных ресурсов малых рек на территории Восточного Зауралья, являются: распашка земель, животноводство, русловое регулирование стока.

Последние 50-70 лет характеризуются лавинообразным нарастанием площади распашки, которая в пределах региона с 1913 года увеличилась в 4 раза. Коренное преобразование усло-Е1ий формирования стока малых рек на юге Тюменской области таким образом приняло массовый характер.

Наиболее распаханными являются водосборы, расположенные в лесостепных районах, где доля их распашки достигает 30-40 %. Севернее, в подтайге, она падает до 20-30 % и в южной тайге составляет всего 0,4 - 9,6 %. При этом 44 % пашни имеет возраст не более 50 лет, 22 % - это дореволюционная пашня и только 6,5 % пашни старше 200 лет.

Ландшафтно-гидрологический анализ 11 водосборов, расположенных в лесостепи, подтайге и южной тайге, показал существенную дифференциацию стока в пределах речного бассейна. Так, на водосборе реки Барсук (правый приток Тобола), который рассмотрен в качестве примера, наибольшее значение весеннего стока отмечается с луга суходольного на тяжелом суглинке - 78,5 мм, наименьшее - с пашни, подстилаемой серыми лесными почвами средне- и легкосуглинистого механического состава - 25,8 -30,2 мм. Сток с болот, площадь которых на водосборе достигает 25 %, близок к стоку с пашни и составляет 30,3 мм. Остальные контуры занимают промежуточное положение.

Для этой реки выполнено численное моделирование 6 вариантов землепользования, обобщенные результаты которого представлены в таблице 3

Из нее следует, что изменения весеннего и годового стока невелики при значительных изменениях землепользования на водосборе. Так, увеличение распаханности водосбора от нуля до 73 % вызывает уменьшение весеннего стока с 40,0 до 35,3 мм, т.е. на 12 %, а годового с 53,8 до 48,2 (10 %).

Кроме водосбора реки Барсук подобным же образом проанализированы реки Малый Ик, Ик, Китерня, Карасуль, Локтинка (бассейн Ишима); Балахлей, Ашлык (бассейн Вагая); Аремзянка (правый приток Иртыша); Бегила, Емуртла (бассейн Тобола).

Таблица 3

Характер землепользования на водосборе и сток р.Барсук

№ Пашня, Луг Луг Пес,

варианта суходольный, пойменный,

% % % %

1 20 10 2 43

2 0 ао 2 43

3 73 0 2 0

• 4 0 0 2 73

5 30 0 2 43

6, - 63 10 2 0

№ Болото Болото Весенний Годовой

варианта целинное, осушенное, сток, сток,

% % мм

1 25 0 38,4 52,2

2 25 0 39,7 53,8

3 0 25 35,3 48,2

4 25 0 40,0 54,2

5 25 0 38,4 52,2

6 25 0 35,4 48,4

Из этих материалов следует: чем ниже сток, тем более чутко реагирует река на изменение землепользования в ее бассейне. Так, сток малых рек Ик, Малый Ик, Китерня, Емуртла при кардинальном изменении землепользования в бассейне меняется от 35,6% (М. Ик) до 195% (Китерня). В то же время слой стока малых рек, расположенных севернее (в том числе и р.Барсук), где его величина в силу условий увлажнения довольно высока, меняется мало при изменении землепользования. Например, весенний сток р.Аремзянки изменяется от 63,6 до 73,2 мм (15,1%); р.Ашлык - от 58,5 до 60,7 мм (3,8%); р.Балахлей - от 45,2 до 51,0 мм (10,8%). Поэтому реки с низким стоком (это южные наиболее освоенные в хозяйственном отношении районы) требуют более бережного и аккуратного отношения.

Анализ и сопоставление данных всех 11 принятых к моделированию водосборов показал, что по реакции на распашку все бассейны разделились на 2 группы. Это реки, сток которых возрастает с увеличением площади пашни (Китерня, Ик, Малый Ик, Емуртла), и реки, сток которых уменьшается с увеличением распашки. Реки первой группы занимают самый юг анализируемой территории южнее изолинии стока 20 мм. Остальные реки относятся ко второй группе. Однако уменьшение стока здесь невелико и при максимальной распашке не превышает 10,0 -16,4 %.

Если допустить максимальное снижение стока за счет распашки не более 5%, то оказывается, что площадь пашни в пределах малых водосборов не должна превышать 25-45% (в среднем 35%) территории бассейна реки.

Вторым фактором, способствующим снижению стока, является русловое регулирование. Как показывают наши исследования, потери годового стока за счет стационарных прудов с плотностью размещения 0,1-0,2 га/км2 составляют 5-10%. В итоге уменьшение годового стока в сумме составит 10-15%. Для рек, расположенных

на самом юге территории, снижения стока при указанных воздействиях не ожидается.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АНТРОПОГЕНИЗАЦИИ МАЛЫХ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ВОДОСБОРОВ

Результатом антропогенной деятельности в пределах малых заболоченных водосборов является биогенное загрязнение речных вод. Чем больше болот на водосборе, при прочих равных условиях, тем больше риск повышения трофности реки. Большую роль в биогенном загрязнении играет сельское хозяйство. Его интенсификация, широкое применение минеральных удобрений ведет в последние десятилетия к повсеместному загрязнению водоемов.

Это явление характерно как для зарубежных стран, так и для России. Биогенное загрязнение приводит к усиленному развитию фитопланктона, прибрежных зарослей, водорослей, "цветению воды". В глубинной зоне образуется сероводород, аммиак, метан, нарушаются окислительно-восстановительные реакции, возникает дефицит кислорода. Эвтрофирование водоемов способствует гибели ценных пород рыб и растений. Вода становится непригодной не только для питья, но и купания. Такой водоем утрачивает свое хозяйственное и рекреационное значение.

Основными биогенными элементами, способствующими эв-трофированию водоемов, являются азот и фосфор. Они поступают в воду в виде нитратов, нитритов, аммония и фосфатов.

На основе данных стационарных наблюдений за содержанием азота и фосфора в реках Карасуль и Ашлык выполнена адаптация методов прогнозирования биогенного загрязнения водоемов к местным условиям.

Водосбор реки Карасуль расположен в лесостепном Приишм-мье, а реки Ашлык - в южной тайге. Для каждого из этих бассейнов выполнен ландшафтно-гидрологический анализ и определены значения весеннего и годового стока с территорий СФК при различных вариантах землепользования

Определены концентрации биогенных веществ в стоке с естественных и антропогенных ландшафтов. Так, содержание азота и фосфора в склоновом стоке с пашни и луга суходольного определялось по выражению

Су = А + ВРУ, (21)

где Су - концентрация биогенного элемента в поверхностном стоке, мг/л; Dy - доза удобрений, кг.д.в./ra; А,В - коэффициенты, определяемые по специальным таблицам в зависимости от типа почвы и природной зоны.

Поступление биогенных элементов в реки в результате ведения животноводческого хозяйства рассчитывалось по формуле:

W = conz(1-p)t, (22)

где W- вынос биогенных веществ, кг; со - содержание биогенных веществ в отходах на одну голову скота, кг/сут; z - коэффициент, учитывающий долю биогенных элементов, поступающих в водоемы при-выгульном содержании скота или после предварительной очистки (отстаивание, механическое разделение) при стойловом содержании; р - эффективность очистки сточных вод; п - число голов скота; t - расчетный период, сут.

Данные концентраций биогенных веществ в сточных водах городов, городских территорий и населенных пунктов, естественных нераспаханных угодий заимствованы из работ Н.И. Хрисанова, Т.К. Осипова (1993), РА: Нежиховскогр;(1990), A.M. Черняева и др. (1987). В.Л. Телицина(1989).- ,г, i . р». •

В результате были установлены количественные характеристики: источников биогенной нагрузки для рек Карасуль и Ащлык. В качестве примера в табл.4 представлены данные по структуре источников биогенных веществ для р., Карасуль. ...,

Таблица 4

Источники биогенного загрязнения р.Карасуль Вариант 1. Современное состояние

Источники Вынос, т/год Вынос, %

Азот Фосфор Азот Фосфор

Пашня 63,4 14,2 7,7 16,3

Луг 33,3 3,4 4,0 3,9

Лес 11,1 0,4 1,4 0,8

Болото целинное 38,7 1,0 4,7 1,1

Болото осушенное 3,2 0,4 0,4 0,5

Населенные пункты 30,6 ., 4,5 3,8 5,3

г. Ишим 59,3 22,6 7,2 26,0

Животноводство 583 40,3 70,8 46,4

Итого 823 86,8 100 100

Как следует из табл.4, основным источником поступления биогенных веществ в реку Карасуль является животноводство: по азоту - 70,8%, по фосфору - 46,4%. Второе место после животноводства по общему выносу занимает г.Ишим - 7,2% по азоту и 26% по фосфору.

Поступление с сельскохозяйственных угодий, населенных пунктов, болот имеет примерно одинаковый порядок и составляет 1 -16% общего количества биогенных веществ, выносимых в реку.

С учетом значений стока с каждого СФК водосборов по вышеприведенным методикам и данным были получены значения концентраций в замыкающем створе рек. Сопоставление этих величин с данными наблюдений позволили обратным ходом по формуле (23) вычислить коэффициенты самоочищения.

Сх = С0е"к', (23)

где Сх - концентрация данного биогенного вещества в замыкающем створе, мг/л; С0 - концентрация биогенного вещества в сточных водах, мг/л; { - время добегания, сут; к - коэффициент самоочищения.

На основании ландшафтно-гидрологического анализа водосборов рек Карасуль и Ашлык при различных вариантах землепользования рассмотрены три варианта хозяйствования: естественное состояние водосборов, интенсивный вариант хозяйствования (максимально возможная распашка с внесением зональных доз удобрений, современное поголовье скота с очисткой животноводческих стоков) и некий щадящий вариант, предусматривающий ряд мероприятий снижения биогенной нагрузки на реки.

При естественном состоянии водосборов рассматриваемых рек, когда отсутствует распашка, животноводство и население, содержание азота и фосфора в речной воде не превышает 0,1-0,3 ПДК.

В случае интенсивной хозяйственной деятельности структура источников биогенного загрязнения по сравнению с современным состоянием существенно меняется. На долю пашни приходиться 60% азота и 70% фосфора, а роль животноводства снижается до 30% по азоту и 18% по фосфору. Превышение ПДК отмечается по азоту в 1,2-1,8, а по фосфору в 3-4 раза.

Й наконец, третий экологически безопасный вариант предусматривает такой уровень хозяйствования (при современной технологии в растениеводстве), когда концентрация биогенных элементов не превышает ПДК.

Прежде всего, для бассейна реки Карасуль необходимо постепенное сокращение поголовья скота. Оно здесь самое высокое в Тюменской области. Поэтому экологически безопасный вариант предусматривает: современную площадь пашни при норме удобрений 90 кг.д.в./га, 27 тыс. КРС (75% от современного уровня) и 15 тыс. голов свиней (30% от современного).

Освоение болотных ландшафтов в пределах малых водосборов вызывает изменение элементов гидрологического цикла и режима. Исследование влияния осушения болот на атмосферные осадки показывает, что в годовом разрезе и на большой территории оно крайне незначительно. В то же время в пределах заболоченных контуров малых водосборов осушение приводит к снижению снегозапасов до 15 - 35 %.

Влияние осушения на главную расходную составляющую водного баланса - суммарное испарение - неоднозначно. Однако в случае интенсивного сельскохозяйственного использования осушаемых болот испарение в целом возрастает на 15 - 26 % в зависимости от теплообеспеченности года (рис.6).

Ъ, мм

Рис.6. Внутригодовой ход суммарного испарения с целинного (1) и осушаемого болот (2)

а - теплый 1981 г.; б - средний 1975 г.; в - холодный 1972 г.

Осушение болот вызывает снижение уровней грунтовых вод прилегающих земель, что приводит к ряду отрицательных последствий. При этом дальность влияния осушения в различных почвен-но-геологических условиях находится в пределах от 100 м до 7 км.

Выполненные нами исследования на болотах Приишимья показывают незначительное влияние мелиоративных систем, дальность которого лежит в пределах 200-300 м. В отдельных случаях это влияние подавляется более мощным дренирующим фактором - рекой Ишимом.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

^Важнейшим фактором влагооборота в настоящее время является антропогенное воздействие, которое в своих невежественных формах приводит к засорению, загрязнению и истощению водных ресурсов. Этот вопрос сейчас достаточно хорошо изучен, и в ряде специальных работ отражены многие аспекты антропогенного влияния. Однако остается ряд спорных моментов, касающихся количественных изменений воднобалансовых элементов при антропогенных воздействиях. Эти положения нуждаются в уточнении путем расширения исследований в региональном плане и совершенствования аналитических методов, среди которых наиболее перспективным является географо-гидрологический подход.

Имеется ряд конкретных методов по определению водного режима заболоченных контуров речных водосборов и методик расчета отдельных элементов водного баланса и режима. Большинство расчетных схем и формул не могут считаться универсальными и требуют доработки для конкретных почвенно-климатических условий. При этом недостаточно полно учитывается взаимосвязь и взаимозависимость элементов водного баланса и режима^

2. С целью изучения закономерностей взаимосвязи воднобалансовых элементов и зависимости их от определяющих факторов, разработки оптимизирующих параметров и норм, оценки степени воздействия антропогенизации на процессы влагооборота, загрязнение и истощение водных ресурсов были организованы полевые экспериментальные участки и проведены экспедиционные обследования. Они охватывали широкий диапазон почвенно-

климатических и геоморфологических условий в зоне распространения малых заболоченных водосборов. '

В результате экспедиционных обследований малых рек в условиях сильной заболоченности на территории Тюменской области (без национальных округов) установлен факт их по повсеместного загрязнения. Чистых рек в регионе практически не обнаружено. Большой экологический ущерб малым рекам наносит несанкционированное и зачастую безграмотное самодеятельное русловое регулирование стока. В административных границах Тюменской области (без национальных округов) насчитывается около 600 плотин, из которых 16 % могут быть' призйайы технически состоятельными, а остальные ежегодно или через несколько лет после сооружения разрешаются. 6 результате обезображивается русло, а когда плотину начинают восстанавливать, как правило, путем сгребания грунта со склонов бульдозером, то наносится ущерб пойме и долине, безнадежно портится пейзаж.

3. Многолетние наблюдения на опытных участках позволили выявить основные особенности влагооборота. Констатирована тесная связь водного режима' бблот с режимом атмосферного увлажнения. В то же время режим' влажности почвы в существенной мере зависит от влагонакоплёнйя в мерзлом слое зимой и подпитывания от грунтовых вод летом.

Режим суммарного испарения как внутри суток, так и в течение вегетационного периода тесно связан с режимом положительной составляющей радиационного баланса, отражающей теплоэнергетические ресурсы климата. В то же время суммарное испарение даже на болоте зависит от условий увлажнения, вида и фазы развития растений. Уточнена формула зависимости испарения от влагозапасов почвы и максимально возможного испарения путем введения коэффициента, учитывающего биологические свойства растений. Отмечается факт увеличения радиационного баланса на болоте по сравнению с зональными значениями. Получено количественное описание, учитывающее возрастание максимально возможного испарения в условиях болот.

4. Режим водообмена грунтовых вод с зоной аэрации круглогодично изучался на двух объектах с помощью лизиметров. Установлен факт подпитывания талого слоя почвы через мерзлую прослойку в конце периода существования мерзлого слой.

Интенсивность летней миграции влаги от грунтовых вод в зону аэрации в зависимости от глубины их залегания и теплоэнергети-

ческих ресурсов может быть схематизирована двоякоизогнутой кривой с введением дополнительного параметра - текущей и максимальной мощности активного слоя. Под последним понимается слой просыхания или зона отклонения влагосодержания почвы от равновесного состояния.

В зимний период происходит накопление влаги в мерзлом слое в виде внутрипочвенного льда. Накопление идет как за счет миграции от грунтовых вод, так и нижележащих слоев почвы. Разработаны эмпирические формулы, описывающие процесс зимней миграции.

5. Изучение взаимосвязи влагозапасов в почве с уровнем грунтовых вод на лизиметрах с привлечением аналогичных данных других регионов показала, что эта связь может быть схематизирована по параболе с пределом, равным влажности почвы при отсутствии влияния грунтовых вод. Получена надежно обоснованная формула, позволяющая рассчитывать влажность почвы в широком диапазоне природных условий.

6. Решение задач оптимизации водохозяйственной деятельности при различных сценариях освоения водных, торфяных и земельных ресурсов малых заболоченных водосборов возможно путем моделирования влагооборота как в пределах заболоченных контуров, так и в целом для бассейна.

Разработаны две достаточно простые полуэмпирические вод-нобалансовые модели. Первая модель предназначена для определения элементов гидрологического цикла всех слагающих водосбор ландшафтно-технологических контуров в период весеннего половодья. В основу модели положены идеи ланд-шафтно-гидрологического метода, главным постулатом которого является представление речного бассейна как набора стокофор-мирующих комплексов (СФК). Стокоформирующий комплекс - это часть речного водосбора, представленная совокупностью природных компонентов, характеризующихся относительной однородностью и определяющих параметры гидрологического цикла на этой территории.

Калибровка модели сводится к расчету величины весеннего стока с каждого СФК, а затем к средневзвешенному суммированию для определения стока в замыкающем створе. Последний сравнивается с измеренным стоком или снятым с карты изолиний. В случае расхождения продолжается решение уравнений до совпадения величин стока с заданной точностью (обычно 0,1 мм). В

качестве калибровочного фактора выступает коэффициент фильтрации почв. Адаптированная таким, образом к условиям данного водосбора модель затем может быть использована для расчетов стока при различных вариантах хозяйственного освоения водосборов, поступления биогенных и др. веществ с ланд-шафтно-технологических контуров и т.д.

7. Вторая модель основана на совместном решении уравнений водного баланса зоны аэрации и баланса грунтовых вод, зависимости влажности почвы от уровня грунтовых вод и суммарного испарения от влажности почвы. Она призвана решать задачи описания водного режима болот при различных вариантах и способах осушения, а также при увлажнении торфяников путем дождевания.

Решение системы уравнений выполняется численным методом деления пополам относительно уровня грунтовых вод до совпадения с заданной точностью их значения в формуле зависимости влажности почвы от уровня грунтовых вод и в уравнении водного баланса. Такой подход позволяет корректно учесть взаимозависимость и взаимовлияние элементов водного баланса и режима.

8. В результате экспериментальных наблюдений на лизиметрах и в поле установлено, что оптимальная влажность почвы тесно связана со среднесуточной температурой воздуха за период с 1 мая по дату уборки. При этом чем ниже температура, тем меньше значения оптимальных влагозапасов и наоборот.

Установлены три основных внутригодовых промежутка времени, отражающих особенности взаимодействия грунтовых вод с зоной аэрации: зима, предвегетационный и часть вегетационного периода при наличии мерзлоты в почве, вегетационный период при отсутствии мерзлоты в почве. Для всех этих отрезков времени определены оптимальные уровни грунтовых вод по разработанным для этой цели формулам. Ход оптимальных уровней в течение года, обеспечивающий максимальный урожай, представляет собой оптимальный режим осушения. Он испытан на лизиметрах и защищен авторским свидетельством.

С учетом этого разработаны три варианта регулирующей сети: первый - внутригодовое регулирование для поддержания оптимальной глубины грунтовых вод в течение всего года, второй -интенсивное осушение с применением дождевания в сухие годы,

третий - реальное осушение без применения регулирующих мероприятий, но максимально приближенное к оптимальному режиму.

Выполненные оценкивсех трех вариантов работы регулирующей сети показали, что с точки зрения получения максимального урожая приемлемыми являются первый и второй варианты. Однако прибавки урожая невелики (в среднем 16 %),. а; капитальные затраты значительны. Поэтому экономически целесообразным является третий' вариант, для которого предложены параметры регулирующей сети.

9. Применительно к малым водосборам важным является сохранение водных ресурсов при одновременном бережном их использовании. Для разработки оптимальных вариантов земле- и водопользования выполнен ландшафтно-гидрологический анализ 11 конкретных малых водосборов, расположенных в лесостепи, подтайге, южной тайге.

Анализ показал существенную дифференциацию стока в пределах малого речного бассейна. Значения слоя весеннего стока с различных СФК могут отличаться в несколько раз, а то и на порядок. Неоднозначное влияние оказывает на сток распашка водосборов. По реакции на распашку они делятся на две группы: реки, сток которых возрастает с увеличением площади пашни, и реки, сток которых уменьшается. Реки первой группы занимают самый юг анализируемой территории ниже изолинии весеннего стока 20 мм. Остальные реки относятся ко второй группе. Однако уменьшение стока здесь невелико и при максимальной распашке не превышает 10,0 -16,4 %.

10. На изменение характера землепользования наиболее чутко реагируют реки с небольшими значениями стока. При кардинальном изменении землепользования сток здесь меняется от 35,6 % (р.М.Ик) до 195 % (р.Китерня). В то же время слой стока малых рек, расположенных севернее, где его величина в силу условий увлажнения довольно высока, меняется мало при изменении землепользования (3,8 - 15,1 %). Поэтому реки с низким стоком требуют более бережного и аккуратного отношения.

Установлены нормативы экологически безопасного ведения хозяйства в пределах малых водосборов с точки зрения сохранения их водных ресурсов, которые заключаются в соблюдении двух требований: площадь распашки в бассейне реки не должна превышать 35 %, а общая площадь прудов 0,1 - 0,2 га/км2.

11. Антропогенная деятельность в пределах малых заболоченных водосборов вызывает изменение параметров гидрологи-

ческого цикла, деформацию элементов водного режима почво-грунтов, загрязнение рек.

Существенным проявлением антропогенного воздействия на малые реки является биогенное загрязнение. Оно связано с выносом азота и фосфора с полей, ферм, населенных пунктов и естественных угодий, особенно болот.

Выполнена адаптация к. местным условиям методов.прогнозирования биогенного загрязнения водоемов. Главной отличительной особенностью предлагаемых решений является дифференциальный учет склонового стока с различных угодий водосбора, что существенно приближает расчеты к реальным процессам.

Показано, что при современном уровне хозяйствования главным источником биогенного загрязнения рек является животноводство, особенно в его традиционном варианте. Доля биогенных веществ от животноводства, поступающая в реки, составляет порядка 50-70 % по азоту и 50-90 % по фосфору от общего количества. На распаханные угодья приходится 3-8 % азота и 3-16 % фосфора. В случае интенсивного хозяйствования, когда применяются зональные нормы удобрений, животноводство переведено на промышленную основу с полной очисткой стоков, структура загрязнений существенно меняется. На долю пашни приходится 60 % азота и 70 % фосфора, а роль животноводства снижается до 31 % по азоту и 18 % по фосфору.

Как современный, так и интенсивный варианты хозяйствования демонстрируют превышение в несколько раз значений ПДК в воде малых рек. Чтобы добиться нормативного содержания биогенных веществ в водоемах, необходимо проведение комплекса правовых, организационно-хозяйственных, гидротехнических и технологических мероприятий.

12. Исследование влияния осушения болот на основную приходную составляющую водного баланса - атмосферные осадки -показывает, что в годовом разрезе и на большой территории это влияние крайне незначительно. В то же время в пределах заболоченных контуров малых водосборов осушение приводит к снижению снегозапасов до 15 - 35 %.

Влияние осушения на главную расходную составляющую водного баланса - суммарное испарение - неоднозначно. Однако в случае интенсивного сельскохозяйственного использования осушаемых болот испарение в целом возрастает на 15 - 26 % в зависимости от теплообеспеченности года. Но отмечаются внутриве-гетационные периоды превышения испарения на целинном

болоте по сравнению с осушенным при низкой теплообеспеченно-сти, как правило, в конце вегетации.

Осушение болот вызывает снижение уровней грунтовых вод прилегающих земель, что приводит к ряду отрицательных последствий. Выполненные нами исследования на болотах Приишимья показывают незначительное влияние мелиоративных систем, дальность которого лежит в' пределах 200-300 м. В отдельных случаях это влияние подавляется более мощным дренирующим фактором - рекой Ишимом.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Суммарное испарение с осушаемых низинных болот юга Тюменской области // Мелиорация земель Западной Сибири и пути повышения их использования. Тюмень, 1978. С. 119-121.

2. Ресурсы тепла и влаги осушаемого болота в условиях юга Тюменской области II Мелиорация земель Западной Сибири и пути повышения их использования. Тюмень, 1978. С.124-126.

3. Методика расчета гидромелиоративных норм осушаемых болот II Мелиорация земель Западной Сибири и пути повышения их использования. Тюмень, 1978. С.127-129.

4. Водный режим осушаемых низинных болот гага Тюменской области II Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1978. Вып.8. С.7-12.

5. Зависимость суммарного испарения от уровня грунтовых вод на осушаемых торфяниках // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1978. №2. С.68-73.

6. Методика расчета водного режима осушаемых болот на основе уравнения связи балансовых элементов II Гидрологические исследования и мелиорация в Сибири. Красноярск, 1978. С.33-37.

7. Суммарное испарение с мелиорируемых земель Тюменской области II Гидрологические исследования и мелиорация в Сибири. Красноярск, 1979 С.40- 47 (в соавторстве с Т.Е. Селиверстовой).

8. Некоторые особенности водного режима торфяников при различной интенсивности осушения II Гидрологические исследования и мелиорация в Сибири. Красноярск, 1980. С.41-49.

9. Некоторые особенности водного режима торфяников Западной Сибири, расположенных на террасах озерно-аллювиального генезиса в зависимости от интенсивности осушения // Проблемы закрытого дренажа в Сибири: Тезисы докладов на заседании секции осушения ВАСХНИЛ. Тюмень, 1981. С. 15-17.

10. Статистические характеристики и типовое распределение суммарного испарения с осушаемых низинных болот Тюменской области II Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М.. 1981. Вып.6. С.5-14.

11. Рекомендации по расчетам водного режима при проектировании осушения на мощных и среднемощных торфяниках Тюменской области. Тюмень, 1981. 62 с. (в соавторстве с Я.Г. Айнбиндер, И Г. Айнбиндер, Б.В. Селиверстовым)

12. Режим грунтовых вод осушаемых бопот Западной Сибири в зависимости от геоморфологических условий II Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1982. Сер.2. Вып.6. С.3-9.

13. Исследование водного режима осушаемых низинных торфяников лесной зоны Западной Сибири: Автореф. дис. ...канд. тех. наук. М., 1983. 21 с.

14. Поступление грунтовых вод в зону аэрации на осушаемых торфяниках Западной Сибири // Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1983. Сер.3 Вып.1. С. 1-7.

15. Способы осушения торфяников в заболоченной зоне трассы переброски стока Сибирских рек // Осушение земель в гумидной зоне СССР. М., 1983. С.132-137 (в соавторстве с В.В. Новохатиным и В.Ф. Ходоковым).

16. Лизиметры с двойным металлическим корпусом II Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1985. №3. С.70-73 (в соавторстве с A.C. Моториным).

17. Режим осушения среднемощных торфяников Тюменской области под кормовые культуры // Мелиорация земель Сибири и Дальнего Востока. М., 1985. С.12-17 ( в соавторстве с A.C. Моториным).

18. Зимнее влагонакопление в мерзлом слое осушаемых торфяников // Актуальные вопросы осушения земель Сибири. М., 1985, С. 15-20.

19. Зависимость урожайности кормовых культур от гидротермических условий на осушаемых торфяниках Тюменской области // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1986. №3. С.35-40 (в соавторстве с A.C. Моториным).

20. Опыт корректировки лизиметрических данных относительно данных, полученных в условиях поля II Экспресс-информация ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1987. Сер.2. Выл. 9. С.8-14.

21. Некоторые вопросы схематизации процесса подпитывания зоны аэрации грунтовыми водами // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1987: №2. С.31-37.

22. Регулирование водного режима сезонно-мерзлотных торфяных почв II Вестник сельскохозяйственной науки. 1987. №9. С.111, 115 (в соавторстве с A.C. Моториным).

23. Расчет водного режима осушаемых торфяников Западной Сибири II Мелиорация и водное хозяйство. 1988. №3. С.44-45.

24. Зависимость влажности почвы от уровня фунтовых вод на осушаемых торфяниках Западной Сибири II Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1989. №2. С.71-74.

25. Опыт территориальной оценки элементов водного режима осушаемых болот // Проблемы географии Западной Сибири. Тюмень, 1992. С.45-57.

26. Расход фунтовых вод в зону аэрации на торфяниках при различной интенсивности осушения // Проблемы географии Западной Сибири. Тюмень, 1992. С. 94-103 (в соавторстве с Т.Е. Вараксиной).

27. Влияние осушения на элементы водного баланса и режима II Проблемы географии Западной Сибири. Тюмень, 1993. С.45-53.

28. Водный баланс и режим осушаемых низинных торфяников Западной Сибири. Новосибирск, 1995. 176 с. (в соавторстве с A.C. Моториным).

29. Дифференциация факторов формирования весеннего стока на водосборах малых рек юга Тюменской области И География и природные ресурсы. 1995. №2. С.153-158.

30. Прогноз стока малых рек при изменении землепользования на водосборах // Мелиорация и водное хозяйство. 1995. №2. С.22-23 (в соавторстве с С.И. Лариным, U.M. Романовой, Д.Н. Коротких).

31. Распределение стока малых рек в пределах малого водосбора // Проблемы географии и экологии Западной Сибири. Тюмень, 1996. С.16-28 (в соавторстве сД.Н. Коротких).

32. Оценка возможного зафязнения биогенными веществами малых рек юга Тюменской области И Проблемы географии и экологии Западной Сибири. Тюмень, 1996. С. 131-140.

33. Способ регулирования водного режима длительно сезонно-мерзлотных торфяных почв // A.c. 1184451 СССР, А 01 В 79/02 I Опубл. в Б.И. 1985. №38 (в соавторстве с A.C. Моториным).