Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Водные ресурсы и условия проведения орошения земель в Курской области

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Водные ресурсы и условия проведения орошения земель в Курской области"

На правах рукописи

005020595

ЧУЙКОВА Ирина Дмитриевна

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ В КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

■ 5дпрт

Курск 2012

005020595

Диссертационная работа выполнена на кафедре физической географии и геоэкологии Курского государственного университета

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Смольянинов Владимир Митрофанович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Корнилов Андрей Геннадьевич

кандидат географических наук Щербинина Светлана Васильевна

Ведущая организация: Росприроднадзор по Воронежской области

Защита состоится 27 апреля 2012 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете, по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд.408.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета. Текст автореферата размещён на официальном сайте Воронежского государственного педагогического университета: http: //www.vspu. ac.ru.

Автореферат разослан 26 марта 2012 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86. Естественно-географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02. Факс 8 (4732) 55-27-27. E-mail: shmykov@vspu.ac.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент

В.И. Шмыков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время продовольственная безопасность в Российской Федерации может быть обеспечена при устойчивом развитии сельскохозяйственного производства. Этого можно достичь средствами комплексной мелиорации, включающей в себя орошение земель в сочетании с прогрессивной агротехникой, использованием высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, органических и минеральных удобрений. Однако за время проведения аграрной реформы площадь орошаемых земель в нашей стране сократилась с 6,1 до 4, 2 млн. га, а в некоторых регионах, например'в Центрально-Черноземном, - более чем в два раза. Департаментом мелиорации Минсельхоза России в 2010 г. была разработана Концепция федеральной целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года». Решение проблемы продовольственной безопасности в России при этом предлагается проводить на основе формирования устойчивого и эффективного функционирования сельского хозяйства за счет восстановления и развития мелиоративного фонда. Предусматривается развитие орошаемого земледелия, что позволит значительно увеличить объем сельскохозяйственной продукции на мелиорированных землях.

В 1991 году площадь орошаемых земель в Курской области составляла 47 тыс. га, то есть орошалось 1,9% сельхозугодий. В последние 15 лет произошло сокращение этой площади. Потребность в орошении земель в области определяется комплексом социальных, экономических и природных факторов. Первостепенную роль при этом играет влагообеспеченность земель в вегетационный период. В условиях неустойчивого естественного увлажнения, характерного для этого региона, наиболее эффективным средством обеспечения устойчивости сельскохозяйственного производства является орошение земель. Орошаемые земли здесь целесообразно использовать, преимущественно, под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами, что укрепит кормовую базу животноводства; остальную часть орошаемых угодий занимать под посевы овощей, садов и сенокосов. Однако дальнейшее развитие орошаемого земледелия в Курской области встречает определенные трудности в связи с недостаточной изученностью условий использования поверхностных и подземных вод для орошения земель, особенно в южных районах области - наиболее в этом нуждающихся. Необходимы также оценка условий строительства водозаборов с искусственным пополнением подземных вод для орошения в районах распространения водопроницаемых рельефообразующих пород и уточнение нормативов качества вод для полива земель.

Поэтому в настоящее время весьма актуальным вопросом является разработка методологии, в которой предусматривается типизации речных водосборов по показателям, характеризующим условия формирования водных ресурсов и проведения орошения земель, разработка рекомендаций, обеспечивающих оптимальное развитие орошаемого земледелия в регионе.

Целью работы является оценка условий формирования и качества водных ресурсов для орошения земель в Курской области.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать существующие методы оценки состояния водных ресурсов;

• выявить основные природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов Курской области;

• провести типизацию речных водосборов по условиям формирования вод-Hiiix ресурсов;

• дать оценку качества водных ресурсов по гидрохимическим показателям;

• оценить необходимость и условия проведения орошения земель и выделить пригодные для этого площади на территории Курской области;

• разработать рекомендации по развитию орошаемого земледелия в Курской области.

Объектом исследований являются поверхностные и подземные воды Курской области.

Предмет исследования • природные и антропогенные процессы, протекающие на водосборах малых и средних рек, влияющие на состояние водных ресурсов и условия проведения орошения земель.

Теоретической и методологической основой диссертации послужили труды учёных: В.Г. Глушков, Б.Д. Зайков, М.И. Львович, СЛ. Вендров, И.А. Шикпоманов, А.Л. Великанов, Г.К. Калинин, В.И. Бабкин, Л.Н. Долгов, В.В. Шабанов, H.A. Плотников, A.A. Дубянский, НИ. Коронкевич, Л.И. Корытный, Б.И. Кочуров и др.

Методы исследования: сравнительно-географический, статистический, картографический, полевых исследований, аналитический, метод кластерного анализа.

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положены результаты полевых исследований автора на территории Курской области, а также материалы ГУ «Курского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды».

Научная новизна работы:

• разработана методология исследования условий формирования водных ресурсов для проведения орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель;

• проведена типизация водосборов малых и средних рек Курской области по условиям формирования водных ресурсов с использованием бассейнового подхода;

• впервые для Курской области выделены площади, пригодные для проведения орошения земель с использованием систем водозаборов с искусственным пополнением подземных вод;

• предложены мероприятия по развитию орошаемого земледелия в Курской области.

Теоретическая и практическая значимость работы.

В работе предлагается бассейновый подход, который можно использовать при изучении основных природных и антропогенных факторов формирования водных ресурсов и оценке условий проведения орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель. При этом регулирование местного стока рекомендуется проводить на водосборах малых и средних рек, путем строительства прудов и создания систем водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) в условиях распространения водопроницаемых пород. Определяется, что при обосновании этих мероприятий необходимо учитывать природные условия региона и антропогенные воздействия, что позволяет провести типизацию речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов в регионе и оценить необходимость и возможность проведения орошения земель.

Практическая значимость работы заключается в выделении районов, наиболее нуждающихся в проведении орошения земель в Курской области. Результаты работы и конкретные материалы диссертации используются в учебном процессе Курского государственного университета по дисциплинам «Гидрология», «Антропогенные ландшафты», «Геоэкология и рациональное природопользование» (Справка о внедрении имеется).

Достоверность результатов работы обеспечивается значительным объемом фактического материала, собранного автором в Курском центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Достоверность результатов подтверждается: качеством исходных материалов, применением современных методов исследования при решении поставленных задач, согласованием полученных результатов с данными фактических наблюдений.

Защищаемые положения:

1. Методология исследования условий формирования водных ресурсов для орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель.

2.Типизация речных водосборов Курской области по условиям формирования водных ресурсов с использованием бассейнового подхода.

3.Анализ состояния водных ресурсов и возможности их использования для орошения земель в Курской области.

4.Результаты оценки и условия проведения орошения земель в регионе.

5.Рекомендации по развитию орошаемого земледелия в Курской области.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации обсуждались на научных конференциях в КГУ (2009-2011 гг.), в Туле (2009-2011 гг), на научно-практической конференции «Современное состояние и проблемы охраны окружающей среды города Курска и его окрестно-стей»(2009 г.), научно-практической конференции «Географические исследования: История, современность и перспективы, посвященная 45-летию образования географических кафедр КГУ» (2010 г.), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (г. Тула, 2010 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-географические проблемы регионов России» (г. Самара, 2012 г.), Всероссийской научно-практической конференции (г. Астрахань, 2012 г.), Ме-

ждународной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь, 2012 г.). По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, включающего в себя 130 наименований, 5-ти приложений. Основной текст диссертации содержит 113 страниц и включает в себя 17 таблиц и 17 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Методология исследования условий формирования водных ресурсов для орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель.

В настоящее время стало очевидным, что для выявления природных и антропогенных факторов формирования водных ресурсов, при оценке их экологического состояния и проектировании водоохранных мероприятий, наиболее удобным является бассейновый подход. Водосборы рек являются естественными природными ячейками географической оболочки, в которых происходит формирование поверхностного и подземного стока. На их площади протекает хозяйственная деятельность человека, оказывающая прямое и косвенное воздействие на состояние водных ресурсов. Здесь же наиболее удобно проводить мониторинг поверхностных и подземных вод и природоохранные мероприятия. С учетом вышеизложенного, а также в результате изучения литературных источников, в которых рассматриваются основные факторы формирования поверхностных и подземных вод, антропогенные воздействия на водные ресурсы, и на основе изучения существующих методик, нами предлагается методологический подход, предусматривающий шесть этапов исследования условий формирования водных ресурсов и орошения земель в регионе.

1 этап. Изучение основных факторов формирования водных ресурсов. Во время этого этапа проводится сбор и анализ материалов, характеризующих природные условия региона, изучаются хозяйственная деятельность человека, а также основные природные и антропогенные процессы, влияющие на экологическое состояние водных ресурсов. Значительная часть необходимой информации при этом собирается в фондах гидрометеорологических и водохозяйственных организаций.

В результате изучения природных условий и хозяйственной деятельности человека в регионе выделяются основные природные и антропогенные факторы формирования поверхностных и подземных вод. Ими являются: количество атмосферных осадков, густота долинно-балочного расчленения территории, водопроницаемость рельефообразующих пород, облесенность и распаханность территории. При определении величины антропогенной нагрузки на природную среду используется информация о плотности населения, величине промышленных выбросов в атмосферу, отборе подземных и поверхностных вод на хозяйственные нужды, объеме жидких стоков и площади сельхозугодий.

Сведения об этих факторах и показателях могут быть получены в административных районах исследуемой территории. Возможно также использование докладов и отчетов территориальных органов Федеральной службы государственной статистики, Государственных водных служб и Комитетов природных ресурсов, территориальных центров мониторинга геологической среды, областных комитетов. На основе собранной информации строятся матрицы факторов и показателей, к которым применяются алгоритмы математической статистики.

2 этап. Типизации речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов, с использованием бассейнового подхода. При этом за единицу типизации принимаются водосборы малых и средних рек, на которых четко проявляются особенности территориальных природных комплексов, которые влияют на формирование поверхностного и подземного стока и условия проведения орошаемого земледелия.

Поэтому типизации предшествует выделение в регионе водосборов малых и средних рек и сбор информации о климатических показателях (количестве атмосферных осадков и испарении), свойствах рельефообразующих пород (их водопроницаемости), расчлененности территории долинно-балочной сетью (местных базисах эрозии), хозяйственной освоенностью земель (их распаханно-сти и облесенности) на каждом водосборе. По этим показателям проводится кластерный анализ, и выделяются кластеры-классы водосборов, однотипных по условиям формирования водных ресурсов. На основании проведенной типизации речных водосборов в регионе выделяются районы с неодинаковыми условиями формирования водных ресурсов.

3 этап. Оценка водных ресурсов и объема водопользования на речных водосборах. При проведении этого этапа производится сбор и анализ гидрологических и гидрогеологических материалов, характеризующих на водосборах малых и средних рек региона ресурсы поверхностных и подземных вод, а также их химический состав и водно-физические свойства.

Значительная часть необходимой информации при этом собирается в фондах гидрометеорологических и водохозяйственных организаций, а также в Комитетах природных ресурсов. Возможно также использование докладов и отчетов территориальных органов Федеральной службы государственной статистики, территориальных центров мониторинга геологической среды. В результате определяется величина общих водных ресурсов и их распределение внутри региона. Устанавливается величина отбора поверхностных и подземных вод на нужды питьевого, коммунального, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения. При этом составляются тематические гидрологические и гидрогеологические, а также обобщающие гидрологические и водохозяйственные карты.

4 этап. Оценка условий проведения орошения земель в регионе.

Проводится с учетом как потребности в оросительной мелиорации, так и природных условий района ее проведения. Потребность в орошении земель определяется комплексом социальных, экономических, природных факторов. Первостепенную роль играют условия естественной влагообеспеченности зе-

мель. Необходимость в проведении орошения земель может определяться коэффициентом1 увлажненности территории (Ку), который равен отношению количества атмосферных осадков к испаряемости за вегетационный период.

Выделение районов с неодинаковыми условиями проведения орошения земель в регионе производится с учетом показателей, характеризующих климат, геологическое строение, рельеф, поверхностный и подземный сток, поч-венно-растительный покров и антропогенные воздействия на природную среду на водосборах малых и средних рек региона. Затем проводится ранжирование этих показателей по значимости и объединение речных водосборов в кластеры методом кластерного анализа.

?> этап. Выделение площадей, пригодных для орошения земель с использованием водозаборов с искусственным пополнением подземных вод. Строительство водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) возможно при следующих условиях: близком залегание грунтовых вод (5-20 м); небольшой мощности и высокой водопроницаемости покровных отложений (коэффициент фильтрации не менее 0,5 м/сут); наличии свободной емкое™ зоны аэрации, в которой возможно аккумулировать искусственные запасы подземных вод; хорошей водопроводимости верхнего водоносного горизонта (не менее 100 м /сут); наличии балок, пригодных для строительства фильтрующих водоемов (емкостью от 500 до 1500 тыс.м3); наличии не зарегу-лировшного весеннего стока, который может быть использован для орошения земель, с учетом перспектив хозяйственного использования водных ресурсов; удовлетворительном качестве вод весеннего стока, используемого для искусственного пополнения, а также грунтовых вод основного горизонта, в который будут поступать поверхностные воды. Такие условия обычно имеются в нижних частях крупных балок или долинах малых рек.

6 этап. Разработка комплекса мероприятий по оптимизации орошаемого земледелия в регионе. Производится с учетом результатов изучения природных условий и экологического состояния водных ресурсов, а также оценки состояния орошаемого земледелия в регионе. На основе этого внедряются экологически безопасные и экономически эффективные методы, технологии и технические средства орошения. На орошаемых площадях проводятся постоянные монито ринговые наблюдения за состоянием орошаемых земель, поверхностных и подземных, вод, почвенно-растительного покрова, что позволит оценить эффективность проведенных мероприятий и внести необходимые корректировки в ранее принятые решения.

Проводится реконструкция и модернизация действующих систем водоснабжения на основе автоматизации. В связи с тем, что орошение земель может оказывать заметное негативное воздействие на природную среду, в районе его проведения следует предусматривать лесомелиоративные и другие природоохранные мероприятия.

2. Типизация речных водосборов Курской области по условиям формирования водных ресурсов с использованием бассейнового подхода.

Формирование водных ресурсов в районе исследований происходит на водосборах малых и средних рек. В Курской области было выделено 13 водосборов. При их типизации по условиям формирования водных ресурсов нами учитывались следующие показатели: водопроницаемость рельефообразующих пород, коэффициент увлажнения, базис эрозии водосбора, его распаханность и облесенность.

В результате проведения кластерного анализа по 5-ти основным показателям была произведена группировка 13 водосборов малых и средних рек области и выделено четыре класса-района (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1. Типизация речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов Курской области

1 район (северный) находится на севере исследуемого региона и включает в себя водосборы рек: Свапа, Усожа, Тускарь. Площадь его -7470 км"' (рис.1). Район отличается наибольшей водопроницаемостью рельефообразующих пород. Коэффициент увлажнения составляет 1,27. Здесь отмечается относительно большое облесение - 10,4%. Это создает благоприятные условия для формирования подземных вод. Распаханность территории - 65%, Атмосферное питание подземных вод составляет 9,5%. Базис эрозии речных водосборов - 132 м.

П район (центральный) расположен в западных и центральных районах Курской области. В него входят водосборы рек: Сейм, Амонька, Клевень. Площадь района - 12222 км2 (рис. 1). Коэффициент увлажнения - 1,20. Распаханность территории - 63%, облесенность - 6,2%. Атмосферное питание подземных вод составляет 6,3%. Базис эрозии речных водосборов -107 м.

Кнлоиегры

Условные обозначения' !---1 . Граница речных водосборов;

- Северный район:

- Центральный район:

- Южный район;

- Восточный район.

III район (южный) находится на юге региона и включает в себя водосборы рек: Суджа, Реут, Псел. Площадь района - 2939 км2 (рис. 1). Водопроницаемость рельефообразующих пород - 8,6 %. Коэффициент увлажнения - 0,95. В районе отмечается большие глубины базисов эрозии - 149 м. Распаханность водосборов составляет 60%, их облесенность - 9,4%.

В IV район (восточный) входят водосборы рек: Тим, Кшень, Олым, Ос-кол. Площадь его - 8520 км2 (рис. 1). Показатель питания подземных вод атмосферными осадками - 6,9%; коэффициент увлажнения - 1,11. Базисы эрозии речных водосборов достигают 116 м. Распаханность водосборов составляет 60,6%, их облесенность - 5,2%.

Таблица 1.

Типизация речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов

Район Площадь, тыс. км2 Основные показатели

X, х2 Хз х4 Х5

I 7470 1,27 9,5 132 65,0 10,4

11 12222 1,20 6,3 107 63,0 6,2

Ш 2939 0,95 6,9 149 60,0 9,4

IV 8520 1,11 6,7 116 60,6 5,2

X] - коэффициент увлажнения; Х2 - показатель питания подземных вод атмосферными осадками, % от их годового количества ; Хз - средняя глубина базисов эрозии речных водосборов, м; Х4 - распаханность водосборов; Х5 -их облесенность.

Таким образом, в Курской области можно выделить речные водосборы с наиболее благоприятными условиями формирования водных ресурсов. Ими являются водосборы рек: Свапа, Усожа, Тускарь - где высокий коэффициент увлажнения (1,27), облесенность - 10,4%; величина питания подземных вод атмосферными осадками - 9,5%.

3. Анализ состояния водных ресурсов и возможность их использования для орошения земель в Курской области.

Объем годового стока в Курской области составляет 3,88 км3. Из них поверхностные воды - 3,25 км3, подземный сток - 0,63 км3. Водные ресурсы в годы разной обеспеченности неодинаковы. Так, в средние по водности годы наиболее полноводными являются реки Сейм, Свапа, Олым, в которых объем речного стока составляет, соответственно — 1230, 476 и 402 млн. м3. Тогда как у рек Амонька, Суджа, Клевень в этот же период объем речного стока имеет наименьшую величину, то есть 151,118, и 73 млн. м3.

Неравномерное распределение речного стока на характеризуемой территории определяется неодинаковыми условиями его формирования и, прежде всего, количеством атмосферных осадков, величина которых здесь сокращается с северо-запада на юго-восток, а также величиной испаряемости, увеличивающейся в этом же направлении. Основным источником воды для орошения земель в Курской области является весенний сток, который может быть зарегулирован прудами и русловыми водохранилищами (табл. 2).

Таблица 2.

Водные ресурсы и их использование на водосборах рек Курской области

Водосбор реки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Свапа 3770 377 2564 11,31 476 305 137 86,7 84 168 84,0 168

Усожа 1220 122 860 3,66 173 104 47 28,0 28,5 57 28,5 57

Тускарь 2480 248 1686 4,71 313 198 89 57 32,7 65 76,3 159

Сейм 11146 1115 7579 21,18 1230 803 361 256,3 198,9 398 243,1 486

Амонька 1412 141 960 4,24 151 103 46 32,5 22,8 46 34,2 68

Клевень 664 66 452 1,26 73 46 21 15,2 1,5 15 17,5 35

Суджа 1100 110 148 2,97 118 75 34 25,3 11,1 22 29,9 60

Псел 3353 247 1414 11,74 349 218 98 40,0 30,0 60 90,0 180

Тим* 2460 160 1122 33,36 332 184 83 81,3 70,7 141 30,3 61

Кшепь* 2320 71 2035 37,76 306 179 81 7,2 58,8 118 39,2 78

Олым* 3090 68 2040 12,36 402 231 104 65,0 12,7 25 114,3 229

Оскол* 5610 721 3277 19,63 589 415 187 173 57 114 171,0 456

1 - площадь водосбора, км 2; 2 - площадь лесов, км 2; 3 - площадь пашни, км 2; 4 - емкость балочной сети; км 3; 5 - годовой объем стока, млн. м3, 6 - объем весеннего стока, млн. м1; 7 - максимально возможное регулирование агро-лесомелиоративными мероприятиями, млн. м3; 8 - максимально возможное регулирование прудами, млн. м3, 9 - регулирование прудами в настоящее время, млн. м3; 10 - количество прудов при максимально возможном регулировании, шт.; 11 - величина не зарегулированного стока, млн. м3; 12 - необходимое количество фильтрующих прудов емкость 500 тыс. м3, шт. * Показатели даны по водосбору реки до замыкающего створа (находится за пределами Курской области)

Наибольшие модули стока отмечаются в бассейнах рек: Усожа (141,8 тыс. м3/км2), Свапа (130 тыс. м3/км2), Тим (135 тыс. м3/км2), Кшень (132 тыс. м W). Наименьшие - в бассейнах рек: Оскол (105 тыс. м3/км2), Клевень (109 тыс. м3/км2), Псел (104 тыс. м3/км2). Регулирование стока прудами и водохранилищами наибольших значений достигает на водосборах рек Тим (29 тыс. м Свапа (27 тыс. м3/км2), Усожа (23,8 тыс. м3/км2). В бассейнах рек: Олым, Суджа, Клевень, Псел - значительная часть стока остается не зарегулированной. Как видно, использование водных ресурсов для орошения земель в Курской области возможно за счет не зарегулированного местного стока практически на всех речных водосборах Курской области.

Источником водоснабжения в Курской области являются поверхностные и подземные воды. При этом лишь в промышленном производстве используются поверхностные воды. Городское коммунальное водоснабжение, а также водоснабжение населенных пунктов, осуществляется из подземных источников (91%). Наибольший отбор поверхностных вод осуществляется на водосборах рек: Усожа (42,7 тыс. м3/км2), Свапа (42,2 тыс. м3/км2), тогда как подземных вод - на водосборах рек: Оскол, Тускарь и Сейм - где отбирается, соответственно, -44,9,14,8 и 14,7 тыс.м3/км2.

Одной из экологических проблем Курской области, является загрязнение водных ресурсов, особенно малых рек. Анализ качества водных ресурсов основных водных объектов на территории области представлен на основе статистической обработки данных гидрохимической сети Территориального Центра

«Курскгеомониторинг», лаборатории ГУ «Курский ЦГМС-Р», по наиболее характерным показателям для каждого водного объекта (табл.3).

Таблица 3.

Гидрохимический состав поверхностных вод Курской области (среднемноголетние показатели за 2007-2010 гг.)

Река Основные показатели, мг/л

Азот аммонийный Азот нитритный Железо общее Сульфаты Хлориды Нефтепродукты Медь бпк5 рН

1. 0,78 0,040 0,06 48,34 20,29 0,06 0,003 2,42 7,68

2. 0,73 0,045 0,10 45,6 18,7 0,09 0,004 2,98 7,71

3. 0,90 0,059 0,10 53,9 19,5 0,05 0,003 2,92 7,68

4. 0,47 0,036 0,104 53,75 22,0 0,087 0,003 2,92 7,72

5. 0,83 0,695 0,086 46,12 17,64 0,045 0,0026 2,77 7,72

6. 0,65 0,051 0,10 46,08 17,16 0,069 0,002 2,79 7,70

7. 0,70 0,056 0,10 45,2 14,8 0,067 0,002 2,62 7,72

Реки: 1 - Сейм; 2 - Тускаръ; 3 - Реут; 4 - Свапа; 5 - Уеожа; 6 - Псел; 7 - Суджа

При определении степени загрязненности поверхностных вод учитывались: коэффициент комплексности загрязненности воды; покомпонентные оценочные баллы по кратности и повторяемости превышения ПДК; удельный комбинаторный индекс загрязненности воды и др. Результаты многолетних наблюдений за качеством поверхностных вод основных рек Курской области: Сейм, Псел, Свапа, Тускарь, Реут, Суджа, Усожа, показали, что случаев высокого и экстремально-высокого загрязнения на водных объектах области не отмечалось.

По данным материалов ГУ «Курский ЦГМС-Р», в 2010 году 22,2% створов (в 2,4 раза выше уровня прошлого года) были отнесены к ЗБ классу качества, вода «очень загрязненная», контрольные створы на р. Сейм у г.Курск (УКИЗВ составил 3,17) и на р. Усожа у г. Фатеж (УКИЗВ - 3,15); фоновые и контрольные створы на р.Сейм у гг. Льгов (3,06 и 3,18, соответственно) и Рыльск (3,05 и 3,26).. По-прежнему наиболее характерными загрязняющими веществами водных объектов области являются органические вещества по ХПК и БПК5, соединения меди, азот нитритный. Устойчиво загрязнение нефтепродуктами и железом общим. Единичные нарушения фиксировались по азоту аммонийному, сульфатам и фосфатам. По сравнению с прошлым годом (рис.2) повторяемость концентраций выше ПДК снизилась в 1,2 раза по ХПК; возросла в 1,2 раза по БПК5. По остальным загрязняющим веществам концентрации превышение предельно-допустимых концентраций не наблюдается, что свидетельствует о пригодности воды водных объектов для использования их в орошении.

Нами была проведена оценка качества вод в пограничных створах рек Курской области: р. Сейм (п. Теткино), р. Псел (с. Горналь), р. Тим (с. Алексе-евка), р. Кшень (с. Михайлоанненка), р. Олым (с. Набережное), р. Оскол (с. Фе-досеевка). В целом качество вод в пограничных створах удовлетворительное. В течение исследуемого периода (2007-2010 г.г.) эпизодически наблюдалось не-

значительное превышение ПДК по нитритам, общему железу, нефтепродуктам, но при этом имеется тенденция к улучшению качества вод в пограничных створах. Воды весеннего стока относятся к I классу. Они имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, минерализацию - 150 мг/л, рН=7,0 - 7,4, содержание натрия: от 0,5-16 мг/л.

—»—Азот нитрит Медь -»-Нефтепрод. -—-ПДК

I 0.5 -

а

о

О -,-----т--1-Г-1-1-■---—Т—-' 1

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Рис.2. Изменение качества поверхностных вод Курской области

4. Результаты оценки условий проведения орошения земель в Курской области. Курская область находится в зоне неустойчивого естественного увлажнения, что вызывает необходимость в проведении орошения части сельскохозяйственных угодий (рис.3).

При оценке перспектив развития орошаемого земледелия следует учитывать как потребность в оросительной мелиорации, так и природные условия региона. При этом особое внимание следует уделять естественной увлажненности территории, так как недостаточно учитывать лишь особенности литологическо-го состава и водопроницаемости рельефообразующих пород, глубину базиса эрозии, расчлененность территории овражно-балочной сетью, облесенность и распаханность земель. Следует также иметь полную информацию о свойствах почвенного покрова, наличии и качестве водных ресурсов, которые можно использовать для полива земель, а также об экологическом состоянии природной среды в регионе. Анализ природных условий Курской области показывает, что наибольшая потребность в проведении орошаемого земледелия существует в южных и юго-восточных районах области, где коэффициент природной увлажненности составляет около 0,60.

С учетом этого нами была произведена типизация речных водосборов Курской области по условиям проведения орошения земель. Выделение районов с неодинаковыми условиями проведения орошения земель производилось с учетом: литологического состава и водопроницаемости рельефообразующих пород, величины увлажнения территории, глубины базиса эрозии, расчлененности земель овражно-балочной сетью, облесенности и распаханности земель речных водосборов. При этом использовался кластерный анализ, позволивший провести группировку 13-ти водосборов малых и средних рек Курской области и выделить четыре класса-района (рис.4, табл. 4).

Рис. 4. Типизация речных водосборов Курской области по условиям проведения орошения земель

При типизации речных водосборов учитывались веса основных факторов, определение которых производилось методами главных компонент и экспертных оценок. Было принято, что наиболее значительными являются факторы: X, (/1=0,4), Х2 (Х=0,3), Х3 (Х=0,1), Х4 (Х=0,1); несколько меньшее значение имеют факторы: Х5 (/.=0,005) и Х6 (1=0,005). С учетом этого нами были выделены районы, характеристика которых дается в табл. 4

Таблица 4

Характеристика районов Курской области с неодинаковыми условиями

проведения орошения земель

Район Рельефообразующие породы X, Х2 Х3 Х„ Х5 Х6

I Известняки верхнего девона 1,27 8,0 1,59 122 7,9 59,1

П Пески сеноманского возраста, суглинки 1,20 6,1 0,76 107 10,0 68,0

III Мергели верхнемелового возраста 1,11 6,9 0,98 116 5,2 60,6

IV Мела и мергели верхнемелового возраста 0,95 7,7 1,00 149 9,6 60,0

XI- коэффициент увлажнения; Х2 - инфильтрация атмосферных осадков, %; Хз- густота долинно-балочного расчленения, км/км2; Х4- глубина базиса эрозии, м; Х5- облесенность территории, %; Хс- распаханность земель, %.

1. Северо-западный район располагается на северо-западе характеризуемого региона. В него входят водосборы рек: Свапа, Усожа. Площадь района - 4,99 тыс.км2. Основная роль в формировании рельефа принадлежит известнякам верхнедевонского возраста. Юрские породы представлены глинами. Инфильтрация атмосферных осадков до уровня грунтовых вод - около 9,5 %. Густота долинно-балочного расчленения - 1,23 км/км2. Облесенность земель составляет 8,8%, их распаханность - 60%. Густота балочной сети в среднем по району составляет 1,3 км/км2. Ширина балок, сформировавшихся в девонских известняках, небольшая - от 15 до 50 м. Наибольшее распространение имеют дерновые, дерново-карбонатные, серые и светло-серые почвы (29%), темно-серые почвы и черноземы оподзоленные (50,9%), черноземы выщелоченные, типичные, обыкновенные и луговые (15,5%). Коэффициент увлажнения территории (Высоцкого) составляет 1,28, коэффициент природной увлажненности (Данильченко) превышает 0,7, то есть в годы средней водности существует достаточная их влагообеспеченность.

Таким образом, земли характеризуемого района по климатическим условиям в меньшей степени нуждается в орошении земель, однако по другим показателям, учитываемым при типизации, этот район вполне пригоден для проведения гидромелиорации.

2. Центральный район находится к югу от северо-западного района, который включает в себя водосборы рек: Сейм, Тускарь, Амонька, Клевень. Его площадь - 15,7 тыс.км2. В геологическом строении района принимают участие пески сеноманского возраста, суглинки. Рельеф района характеризуется большими колебаниями высот. Густота оврагов составляет 2,0 км/км . В районе

имеют распространение черноземы: выщелоченные, типичные, обыкновенные и луговые (68,1%), темно-серые почвы и черноземы оподзоленные (18,5%), дерновые, дерново-карбонатные, серые и светло-серые почвы (12,0%). В годы средней водности центральный район характеризуется достаточным увлажнением территории (1,20); коэффициент природного увлажнения составляет 0,70,8; коэффициент инфильтрации атмосферных осадков - 6,1%; глубина базиса эрозии - 107 м; густота долинно-балочной сети - 0,76 км/км2. Район отличается высокой облесенностью (10%) и сильной распаханностью (68%) земель.

Таким образом, земли характеризуемого района по климатическим условиям в меньшей степени нуждаются в орошении земель. Проведение в этом районе полива земель местами может затрудняться недостаточной дренирован-ностью территории.

3. Восточный район расположен на востоке области. Он включает водосборы рек: Тим, Кшень, Олым и Оскол. Его площадь - 13,48 тыс.км2. Рельефо-образующими породами являются мергельно-меловые породы турона-сантона, а по водоразделам - песчано-глинистые породы палеогена. Район находится на Тимском поднятии, которое представляет собой слабо расчлененную равнину с плоскими водоразделами. В целом для района характерна выравненность рельефа и распространение балок пригодных для строительства прудов. В районе распространены черноземы: выщелоченные, типичные, обыкновенные и луговые (70,1%), темно - серые почвы и черноземы оподзоленные (19,5%), дерновые, дерново-карбонатные серые и светло-серые почвы (9,0%). Здесь отмечается неустойчивое увлажнение земель в годы средней водности: коэффициент увлажнения - 0,6-0,7. Водопроницаемость рельефообразующих пород высокая: инфильтрация атмосферных осадков - 6,9%; глубина базиса эрозии - 116 м, густота долинно-балочного расчленения - 0,98 км/км2, что говорит о недостаточной естественной дренированное™ территории. Средняя облесенность территории - 5,2%, распаханность - 60,6%.

Таким образом, по климатическим условиям земли характеризуемого района нуждаются в орошении земель. При этом, проведение орошения земель может затрудняться в связи с недостаточной естественной дренированностью территории. В этих условиях рекомендуется проводить орошение на отдельных участках.

4. Южный район находится на юге характеризуемого региона, включает водосборы рек: Суджа, Псел, Реут, верховье Сейма. Его площадь - 7,3 тыс.км2. Основными рельефообразующими породами являются мела и мергели. Инфильтрация атмосферных осадков составляет 7,7%. Густота балочной сети в среднем по району - 1,0 км/км2. Постоянные водотоки имеются лишь в низовьях балок, где ими дренируется верхний водоносный горизонт. В районе распространены черноземы: выщелоченные, типичные и луговые (90,2%), темно-серые почвы и черноземы оподзоленные (7,5%), пойменные болотные (1,7%). Район характеризуется неустойчивым увлажнением территории (0,61-0,70); отмечается относительно большое расчленение поверхности долинно-балочной сетью (1,0 км/км2), и значительная глубина долин и балок (базис эрозии - 149

м). Облесенность территории в среднем составляет 9,6 %, распаханность 60,6%.

Как видно, земли характеризуемого района по климатическим условиям в большей степени нуждаются в орошении земель. Строительство прудов здесь затрудняется, в связи с высокой водопроницаемостью рельефообразующих пород. В этих условиях развитие орошаемого земледелия может быть обеспечено лишь строительством водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо), использующих естественную водопроницаемость пород. При этом в балках, сложенных такими породами строятся фильтрующие водоёмы, за счет которых создаются искусственные ресурсы грунтовых вод, которые можно использовать для орошения земель. Как установлено, использование водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) является наиболее экономически оправданным путем развития орошаемого земледелия. Система искусственного пополнения подземных вод для орошения земель (ИППВо) включает: фильтрующие водоемы, водозаборные скважины и регулирующие водоемы-накопители. Как показали наши исследования, на территории Курской области можно выделить два района - с благоприятными и малоблагоприятными условиями использования таких водозаборов.

Благоприятные условия для создания водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) имеются в центральных районах (долина реки Сейм) и на юге Курской области (долина реки Псел). Основные водоносные горизонты - сеноман-альбекий. Зона аэрации здесь сложена песками, суглинками, мелами и глинами (коэффициент фильтрации составляет 0,01-0,5 м/сут), глубина залегания грунтовых вод от 5 до 30 м, водопроводимость пород верхнего водоносного горизонта от 120 до 250 м3/сут.

Малоблагоприятные условия отмечаются в северо-западных районах области. Основным водоносным горизонтом является сеноман-альбский и верхнемеловой. Зона аэрации представлена суглинками, песками, где коэффициент фильтрации равен 0,0001-0,001 м/сут; глубина залегания грунтовых вод составляет более 25 м., водопроводимость пород верхнего водоносного горизонта колеблется от 25 до 100 м /сут.

Источником воды для создания искусственных ресурсов подземных может являться не зарегулированная часть весеннего склонового стока, воды которого имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, минерализацию 150-250 мг/л рН=7,0-7,4, содержание натрия - от 0,5 до 16 мг/л. Грунтовые воды основных водоносных горизонтов здесь также являются гидрокарбонатно-кальциевыми, с минерализацией до 700 мг/л. Таким образом, качество воды в зоне фильтрующего водоема полностью удовлетворяет требованиям, предъявленным к водам для орошения земель.

Типизация речных водосборов Курской области по условиям проведения орошения земель является предварительной и позволяет оценить эти условия лишь по части природных показателей, а также определить риск развития некоторых негативных процессов, возникающих при поливе земель. Так, наибольшая потребность в орошении земель отмечается в IV, III районах; наибольшая

опасность ирригационной эрозии - в III, просадочных процессов - в II, IV, карстовых и оползневых - в IV районе.

Как установлено в Курской области в первую очередь в поливе нуждаются овощные, технические и кормовые культуры. Эффективным является создание «культурных пастбищ», что в значительной степени позволит укрепить кормовую базу животноводства.

5. Рекомендации по оптимизации орошаемого земледелия в Курской области.

Как установлено, в южных и юго-восточных районах Курской области существует наибольшая необходимость в орошении земель; однако строить пруды здесь практически невозможно в связи с распространением водопроницаемых рельефообразующих пород. В результате изучения факторов формирования водных ресурсов, геолого-геоморфологических условий и потребности в развитии орошаемого земледелия, выявляется возможность использования в этих районах водозаборов с искусственным пополнением подземных вод ИП-ПВо. В ыделяются два типа таких водозаборов:

1. Комбинированный водозабор с ИППВо (тип I). Его строительство возможно при относительно небольшой скорости фильтрации из водоема (0,5-5,0 м/сут), это позволяет производить первые два-три полива из этого водоема, а остальные - и результате использования водозаборных скважин. Благоприятные условия таких водозаборов имеются в нижних частях крупных балок, при близком залегании (5-10 м) грунтовых вод.

2. Водозабор скважин с ИППВо (тип II). При быстром опорожнения водоема, то есть при скорости фильтрации более 5 см/сут, все поливы обеспечиваются водой при работе водозаборных скважин. Такие водозаборы можно использовать при относительно высокой водопроницаемости рельефообразующих пород и глубоком залегании грунтовых вод: от 10 до 20 м.

Отбор грунтовых вод в этом случае можно производить из скважин, построенных в наиболее удобных для полива местах, а искусственное пополнение производить из фильтрующих водоемов в балочной сети. Обязательным условием применения этой схемы является: суммарный отбор грунтовых вод не превышает искусственного пополнения, то есть не происходит истощения ресурсов грунтовых вод.

Основными показателями при выделении площадей с благоприятными условиями строительства водозаборов являются: 1) неглубокое залегание грунтовых вод: до 20 м; 2) высокая водопроницаемость зоны аэрации: коэф. фильтрации > 0,5 м/сут; 3) наличие свободной ёмкости зоны аэрации; 4) хорошие гедрогеслогические условия: коэффициент водопроводимости водоносного горизонта > 100 м2/сут, удельные дебиты скважин > 5 м3/час. С учётом этих требований в южных районах Курской области нами были выделены площади, пригодные дл я строительства водозаборов ИППВо (рис. 5).

І

Рис. 5. Районы с неодинаковыми условиями строительства водозаборов ИППВо для орошения земель в Курской области (Составлена автором)

В качестве экспериментального участка орошения с использованием водозаборов с искусственным пополнением подземных вод, мы выбрали сельскохозяйственное предприятие «Красный Маяк» Суджанского района (рис. 6). Производственное направление хозяйства - молочно - свекловичное. Однако животноводство здесь испытывает трудности с кормовой базой. Оптимальным решением этой проблемы является создание культурных пастбищ. Источником воды для культурных пастбищ может являться водозабор с искусственным пополнением подземных вод. Условия развития для его строительства благоприятные. Вторым орошаемым участком могут являться земли с сахарной свеклой, что позволит повысить ее урожайность в 4 раза.

Условные обозначения:

Площади с итносшельно благоприял ными условиями стротсльсіиа водозаборов с ИППВО. Зои» аэрации сложена суглинками, песками, глинами и медами (К*'0.01-0.5 м/сут); глубина залегания грунтовых вод -5 30м. волоироводимосгъ пород верхнего водоносного горизонта -115 253 ir е>т Площади с неблагоприятными условиями сооружения водозаборов с ИППВО іона азрашги сложена суглинками, песками, шинами и мелями (K*4l.OOO!-í'.O01 псуі'к пяубииазалегания грунтовых вод - бол« 20м. ^ Волопроводимосгъ пород верхнего водоносного горгпоггта - 20 - 100 М»'ОТХ

Типичное сельскохозяйственное ггредирнятис - «Красный Маях»

Филирующие водоемы і ста I Верхнемеловой водоносный

-------J горизонт.

Водоггроводнмость < ИХ» м'/сут. ^^

ЯШ Среднее значение

Водоггроводнмость 100 - 500 м*.сут. W водаг,р,,вод(шост>|.

н о ;< чі 75 їй Условные обозначения:

і__I__1_1__і_І і ,, ,

Kn.TO.ipu І - Культурное пастбище.

2 - Балка пригодная для строительства

водозаборов с ИППВО.

Рис. 6. План-схема с.х. предприятия «Красный Маяк» ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют нам сделать следующие выводы:

1. При изучении водных ресурсов и условий проведения орошения земель в регионе следует использовать бассейновый подход. Методология этих исследований должна предусматривать: 1) изучение условий формирования водных ресурсов; 2) типизацию водосборов рек по этим условиям; 3) оценку качества и использования водных ресурсов в регионе; 4) оценку условий проведения орошения земель в регионе; 5) выделение плошадей с неблагоприятными условиями строительства прудов для использования в них водозаборов с искусственным пополнением подземных вод; 6) разработку рекомендаций для развития орошаемого земледелия в регионе.

2. Общие водные ресурсы Курской области составляют 3,88 км3 в год: поверхностных вод - 3,25 км3, подземных вод - 0,63 км3. В годы средней обеспеченности на 1 км3 территории здесь приходится 130 тыс. м3, а в засушливые годы - менее 71 тыс. м3 этих ресурсов. Более благоприятные условия их формирования отмечаются на водосборах рек: Свапа, Усожа и Тускарь, где высокие коэффициент увлажнения - 1,27; облесенность - 10,4%; величина атмосферного

питания подземных вод - 9,5%. На водосборах Тим, Кшень, Олым и Оскол эти показатели ниже: коэффициент увлажнения -1,1; величина атмосферного питания подземных вод - 6,7%.

3. В 2010 г. фактический забор поверхностных вод на нужды промышленности в Курской области составил 153,4 млн. м3/год, или 3,9% объема годового речного стока; отбор подземных вод - 341,72 тыс. м3/сут. Наиболее характерными загрязняющими веществами вод в районе исследований являются: органические вещества по ХПК и БПК5, соединения меди, азот нитритный. Устойчиво загрязнение нефтепродуктами и железом общим. Единичные нарушения фиксировались по азоту аммонийному, сульфатам и фосфатам. Воды весеннего стока относятся к I классу, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, минерализацию - до 250 мг/л, рН = 7,0-7,4, содержание натрия - 0,5-16 мг/л. Они не требуют применения химических мелиорантов при орошении земель.

4. Курская область относится к зоне неустойчивого увлажнения территории, что вызывает необходимость в орошении части сельхозугодий. Средний коэффициент увлажнения (Ку) составляет 0,77, а в южных и юго-восточных районах области - меньше 0,70, В поливе, преждг всего, нуждаются овощные, технические и кормовые культуры. Эффективным является создание «культурных пастбищ», что в значительной степени позволяет укрепить кормовую базу животноводства. В 1991 году площадь орошаемых земель в Курской области составляла 47 тыс. га, то есть орошалось 1,9% сельхозугодий. В последние 15 лет произошло сокращение этой площади.

5. В соответствии с «Концепцией развития мелиорации земель России на период до 2020 года» Минсельхоза Р.Ф. в последующие десять лет в Курской области намечается восстановление и развитие орошаемого земледелия. Для этого здесь имеются: достаточное количество ресурсов и наличие земель, пригодных для полива, а также учтены другие показатели.

6. В южных районах области, которые наиболее нуждаются в орошаемом земледелии, строить пруды, используемые для орошения, затруднительно по геологическим условиям. В этих районах можно применять принципиально новые схемы водозаборов - системы искусственного пополнения подземных вод (ИППВо). В нижних частях крупных балок на юге области грунтовые воды залегают на глубине до 20 м; зона аэрации сложена породами с коэффициентами фильтрации более 0,5 м/сут; отмечается хорошая водопроводимость верхнего водоносного горизонта - более 100 м2/сут, а удельные дебиты скважин - 5 м3/час; на речных водосборах имеется не зарегулированный склоновый весенний сток. Всё это позволяет выделить на юге Курской области площади, пригодные для строительства водозаборов ИППВо.

Список основных публикаций по теме исследований:

1*. Чуйкова И.Д. Оценка необходимости и условия проведения орошения земель в Курской области/ И.Д. Чуйкова, В.И. Сысенко// Электронный научный журнал Курского государственного университета «Ученые записки», 2012. №1 (21) http://www.scientific-notes.ru/pdf/023-040.pdf

2*. Чуйкова И.Д. Водные ресурсы, возможность их использования для орошения земель в Курской области/ И.Д. Чуйкова// Электронный научный журнал Курского государственного университета «Ученые записки», 2012. №2. http://www.scientific-notes.ru/pdf/

3*. Чуйкова И.Д. К вопросу о состоянии орошаемого земледелия и его развитии в Курской области/ И.Д. Чуйкова, В.Н. Лунин// Теоретический и научно - практический журнал «Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии», 2012. №1. С. 70.

4. Чуйкова И.Д. Оценка качества поверхностных вод г. Курска за 20072008гг. (на примере р. Сейм)/ И.Д. Чуйкова// Современное состояние и проблемы охраны окружающей среды г. Курска и его окрестностей: сб. статей по матер. науч.- практич. конф., 22 апреля 2009 г. Курск: Курск, гос. ун-т, 2009. С. С .22-26 —

5. Чуйкова И.Д. Влияние хозяйственной деятельности человека на подземные воды и их охрана/ Й.Д. Чуйкова// Географические исследования: сб. статей по матер, науч.- практич. конф., 23-24 апреля 2010 г. Курск: Курск, гос. ун-т, 2010. С.163-168

6. Чуйкова И.Д. Оценка гидрохимических факторов формирования речного стока в Курской области/ И.Д. Чуйкова// Приоритетные направления развития науки и технологий: доклады VIII Всероссийской науч.-техн. конф.; под общ. ред. Э.М. Соколова. - Тула: Изд-во «Инновационные технологии», 2010. С.28-33

7. Чуйкова И.Д. Комплексная оценка качества водных ресурсов по гидрохимическим показателям (на примере Курской области)/ И.Д. Чуйкова// Эколо-го-ггографические проблемы регионов России: сб. статей по матер, науч.- практич. конф., 16 января 2012 г. Самара. С. 277-280.

8. Чуйкова И.Д. Эколого-географические проблемы землепользования Курской области./ И.Д. Чуйкова, В.Н. Лунин, // Географические науки и образования.: сб.статей по матер. Всероссийской научно-практической конференции, 23-24 марта 2012 г. Астрахань; Изд-во Гимназия №3,2012. С.140-145

9. Чуйкова И.Д. Условия строительства водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) для орошения земель в Курской области/ И.Д. Чуйкова// Достижения и перспективы естественных и технических наук: сб.сгатей по матер. I Междунар. науч.- практич. конф, 15 марта 2012 г. Ставрополь. С. 38-43

* Статьи, опубликованные в изданиях рекомендованных ВАК

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и методические основы изучения водных ресур сов

1.1. Понятие о водных ресурсах региона.

1.2. Методологические подходы при изучении условий формирования водных ресурсов.

1.3. Методы оценки состояния водных ресурсов.

1.4. Понятие об орошаемом земледелии.

1.5. Методология исследования условий формирования водных ресурсов и орошения земель в регионе.

Глава 2. Природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов Курской области.

2.1. Климатические условия.

2.2. Геологическое строение и рельеф

2.3. Гидролого-гидрогеологические условия

2.4. Почвенно-растительный покров.

2.5. Типизация речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов

2.6. Антропогенные воздействия на природную среду

Глава 3. Водные ресурсы и их использование.

3.1. Поверхностные воды и их ресурсы.

3.2. Ресурсы подземных вод.

3.3. Использование водных ресурсов.

3.4. Оценка качества водных ресурсов по гидрохимическим показателям

Глава 4. Оптимизация орошаемого земледелия в Курской области

4.1. Состояние орошаемого земледелия

4.2. Оценка условий проведения орошения земель

4.3. Типизация речных водосборов Курской области по условиям проведения орошения земель.

4.4. Мероприятия по развитию орошаемого земледелия в регионе. Заключение

Литература

Приложения

Чуйкова Ирина Дмитриевна

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ В КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Автореферат

Подписано в печать «20» марта 2012 г. Формат 60x84/16 Объем 1,5 п.л. Печать офсетная. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № 2484

Изд-во Курского государственного университета 305000, г. Курск, ул. Радищева, д. 33 Отпечатано в лаборатории информационно-методического обеспечения КГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Чуйкова, Ирина Дмитриевна, Курск

61 12-11/165

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ЧУЙКОВА ИРИНА ДМИТРИЕВНА

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ В КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор В.М. СМОЛЬЯНИНОВ

Курск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................................

Глава 1. Теоретические и методические основы изучения.............................10

водных ресурсов......................................................................................................^

1.1 .Понятие о водных ресурсах региона...........................................................Ю

1.2. Методологические подходы при изучении условий формирования......15

водных ресурсов..................................................................................................

1.3. Методы оценки состояния водных ресурсов............................................20

1.4. Понятие об орошаемом земледелии...........................................................24

1.5. Методология исследования условий формирования водных ресурсов для орошения в регионе с неустойчивым увлажнением земель...........................37

Глава 2. Природные и антропогенные факторы формирования.................45

водных ресурсов Курской области......................................................................45

2.1. Природные факторы....................................................................................45

2.1.1. Климатические условия...................................................................45

2.1.2. Геологическое строение и рельеф..................................................47

2.1.3. Гидролого-гидрогеологические условия.......................................52

2.1.4. Почвенно-растительный покров.....................................................53

2.1.5 Типизация речных водосборов по условиям формирования.......56

водных ресурсов.........................................................................................56

2.2. Антропогенные воздействия на природную среду...................................59

Глава 3. Водные ресурсы и их использование..................................................68

3.1. Ресурсы поверхностных вод.......................................................................68

3.2. Ресурсы подземных вод...............................................................................73

3.3. Использование водных ресурсов................................................................76

3.4. Комплексная оценка качества водных ресурсов.......................................78

по гидрохимическим показателям.....................................................................7 8

Глава 4. Оптимизация орошаемого земледелия в Курской области............91

4.1. Состояние орошаемого земледелия...........................................................91

4.2. Оценка условий проведения орошения земель в Курской области........93

4.3. Типизация речных водосборов Курской области по условиям.............101

проведения орошения земель...........................................................................Ю1

4.4. Мероприятия по развитию орошаемого земледелия..............................106

в Курской области.............................................................................................106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................П2

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................И4

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................125

Введение

Актуальность темы. В настоящее время продовольственная безопасность в Российской Федерации может быть обеспечена при устойчивом развитии сельскохозяйственного производства. Этого можно достичь средствами комплексной мелиорации, включающей в себя орошение земель в сочетании с прогрессивной агротехникой, использованием высокопродуктивных сельскохозяйственных культур, органических и минеральных удобрений. Однако за время проведения аграрной реформы площадь орошаемых земель в нашей стране сократилась с 6,1 до 4,2 млн. га, а в некоторых регионах, например в Центрально-Черноземном, - более чем в два раза. Департаментом мелиорации Минсель-хоза России в 2010 г. была разработана Концепция федеральной целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года». Решение проблемы продовольственной безопасности в России при этом предлагается проводить на основе формирования устойчивого и эффективного функционирования сельского хозяйства за счет восстановления и развития мелиоративного фонда. Предусматривается развитие орошаемого земледелия, что позволит значительно увеличить объем сельскохозяйственной продукции на мелиорированных землях.

В 1991 году площадь орошаемых земель в Курской области составляла 47 тыс. га, то есть орошалось 1,9% сельхозугодий. В последние 15 лет произошло сокращение этой площади. Потребность в орошении земель в области определяется комплексом социальных, экономических и природных факторов. Первостепенную роль при этом играет влагообеспеченность земель в вегетационный период. В условиях неустойчивого естественного увлажнения, характерного для этого региона, наиболее эффективным средством обеспечения устойчивости сельскохозяйственного производства является орошение земель. Орошаемые земли здесь целесообразно использовать, преимущественно, под кормовыми севооборотами и культурными пастбищами, что укрепит кормовую базу животноводства; остальную часть орошаемых угодий занимать под посевы овощей, садов и сенокосов. Однако дальнейшее развитие орошаемого земледелия в

Курской области встречает определенные трудности в связи с недостаточной изученностью условий использования поверхностных и подземных вод для орошения земель, особенно в южных районах области - наиболее в этом нуждающихся. Необходимы также оценка условий строительства водозаборов с искусственным пополнением подземных вод для орошения в районах распространения водопроницаемых рельефообразующих пород и уточнение нормативов качества вод для полива земель.

Поэтому в настоящее время весьма актуальным вопросом является разработка методологии, в которой предусматривается типизация речных водосборов по показателям, характеризующим условия формирования водных ресурсов и проведения орошения земель, разработка рекомендаций, обеспечивающих оптимальное развитие орошаемого земледелия в регионе.

Целью работы является оценка условий формирования и качества водных ресурсов для орошения земель в Курской области.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

• проанализировать существующие методы оценки состояния водных ресурсов;

• выявить основные природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов Курской области;

• провести типизацию речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов;

• дать оценку качества водных ресурсов по гидрохимическим показателям;

• оценить необходимость и условия проведения орошения земель и выделить пригодные для этого площади на территории Курской области;

• разработать рекомендации по развитию орошаемого земледелия в Курской области.

Объектом исследований являются поверхностные и подземные воды Курской области.

Предмет исследования - природные и антропогенные процессы, протекающие на водосборах малых и средних рек, влияющие на состояние водных ресурсов и условия проведения орошения земель.

Методы исследования: сравнительно-географический, статистический, картографический, полевых исследований, аналитический, кластерного анализа.

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положены результаты полевых исследований автора на территории Курской области, а также материалы ГУ «Курского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды».

Научная новизна работы:

• разработана методология исследования условий формирования водных ресурсов для проведения орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель;

• проведена типизация водосборов малых и средних рек Курской области по условиям формирования водных ресурсов с использованием бассейнового подхода:

• впервые для Курской области выделены площади, пригодные для проведения орошения земель с использованием систем водозаборов с искусственным пополнением подземных вод;

• предложены мероприятия по развитию орошаемого земледелия в Курской области.

Теоретическая и практическая значимость работы._ Исследования автора основываются на трудах М.И. Львовича, A.A. Ду-бянского, B.C. Оводова, А.Н.Костычева, Н.Г. Воронина, С .Я. Бездниной, В.М. Смольянинова и др. В работе предлагается бассейновый подход, который можно использовать при изучении основных природных и антропогенных факторов формирования водных ресурсов и оценке условий проведения орошения в регионах с неустойчивым увлажнением земель. При этом регулирование местного стока рекомендуется проводить на водосборах малых и средних рек, путем

строительства прудов и создания систем водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВо) в условиях распространения водопроницаемых пород. Определяется, что при обосновании этих мероприятий необходимо учитывать природные условия региона и антропогенные воздействия, что позволяет провести типизацию речных водосборов по условиям формирования водных ресурсов в регионе и оценить необходимость и возможность проведения орошения земель.

Практическая значимость работы заключается в выделении районов, наиболее нуждающихся в проведении орошения земель в Курской области. Результаты работы и конкретные материалы диссертации используются в учебном процессе Курского государственного университета по дисциплинам «Гидрология», «Антропогенные ландшафты», «Геоэкология и рациональное природопользование» (Справка о внедрении имеется).

Достоверность результатов работы обеспечивается значительным объемом фактического материала, собранного автором в Курском центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Достоверность результатов подтверждается: качеством исходных материалов, применением современных методов исследования при решении поставленных задач, согласованием полученных результатов с данными фактических наблюдений. Защищаемые положения:

1. Методология исследования условий формирования водных ресурсов для орошения в регионах с недостаточным увлажнением земель.

2. Типизация речных водосборов Курской области по условиям формирования водных ресурсов с использованием бассейнового подхода.

3. Анализ состояния водных ресурсов и возможности их использования для орошения земель в Курской области.

4. Результаты оценки и условия проведения орошения земель в регионе.

5. Рекомендации по развитию орошаемого земледелия в Курской области. Апробация работы. Результаты исследований и основные положения

диссертации обсуждались на научных конференциях в КГУ (2009-2011 гг.), в

Туле (2009-2011 гг), на научно-практической конференции «Современное состояние и проблемы охраны окружающей среды города Курска и его окрестно-стей»(2009 г.), научно-практической конференции «Географические исследования: История, современность и перспективы, посвященная 45-летию образования географических кафедр КГУ» (2010 г.), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (г. Тула, 2010 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-географические проблемы регионов России» (г. Самара, 2012 г.), Всероссийской научно-практической конференции (г. Астрахань, 2012 г.), Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь, 2012 г.). По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, включающего в себя 130 наименований, 5-ти приложений. Основной текст диссертации содержит 113 страниц и включает в

себя 17 таблиц и 17 рисунков.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи исследований, определяется их научная новизна, определяется объект и предмет исследований, указываются методы исследований, раскрывается теоретическая и практическая значимость полученных результатов, определяются

положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена теоретическим и методическим основам изучения водных ресурсов. В ней дается понятие и историческая справка об изучении водных ресурсов, обобщаются методы оценки состояния водных ресурсов, раскрывается понятие об орошаемом земледелии, разрабатывается методология исследования условий формирования водных ресурсов и орошения земель в регионе.

Во второй главе характеризуются природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов. Проводится типизация речных водосборов по

условиям формирования водных ресурсов. Отмечаются антропогенные воздействия на природную среду, а также последствия хозяйственной деятельности человека.

В третьей главе приводятся результаты оценки состояния водных ресурсов и объема водопользования на речных водосборах. Дается комплексная оценка качества водных ресурсов по гидрохимическим показателям.

В четвертой главе рассматриваются условия проведения орошения земель. Проводится типизация речных водосборов по условиям проведения орошения земель, что позволяет определить районы, где существует наибольшая необходимость в орошении земель.

Глава 1. Теоретические и методические основы изучения

водных ресурсов

1.1. Понятие о водных ресурсах региона

Водные ресурсы являются важнейшей частью природно-ресурсного потенциала, который интенсивно используется населением и различными отраслями экономики. Под водными ресурсами понимается поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут

быть использованы [14].

Поверхностные воды включают реки, озера, водохранилища, ледники, воды каналов, внутренние моря и морские воды. Ресурсы поверхностных вод определяются речным стоком. Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод. Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статистических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых

водных ресурсов, т.е. стока рек [24].

Статистические (вековые) запасы пресных вод представлены частью водных объемов озер, ледников, подземных вод. Измеряют эти запасы в объемных единицах (м3 или км3). Возобновляемые водные ресурсы - это воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре. Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока - м3/с, м3/ год, км3/год.

Возобновляемые водные ресурсы оценивают с помощью уравнения водного баланса. Так, в целом для суши атмосферные осадки, материковый сток и испарение составляют 119,47 тыс. км3 и 72 тыс. км3 воды в год. Таким образом, в среднем для всей суши из всего объема атмосферных осадков 61% расходуется на испарение, а 39 % поступает в Мировой океан. Материковый сток и составляет возобновляемые водные ресурсы.

Любой водный объект и его режим могут быть охарактеризованы с помощью некоторого набора гидрологических и гидрохимических характеристик, которыми являются [26,58]:

1. Водный режим: уровень воды (Н, м в Балтийской системе высот (БС) или см над 0 поста), скорость течения (у, м/с), расход воды (С>, м3/с), сток воды за интервал времени М ^.м3,км3), уклон водной поверхности (1, величина безразмерная).

2. Формы и размер водного объекта: его длина (Ь, м, км), ширина (м, км), глубина (Ъ., м).

3. Тепловой режим: температура воды (Т, °С), тепловой сток за интервал времени М (Дж).

4. Гидрохимические характеристики: минерализация воды (М,мг/л) или ее соленость (8, %о), содержание отдельных ионов солей, газов, загрязняющих веществ.

В использовании водных ресурсов различают водопользование (вода не изымается из водоемов и не расходуется, а только используется - гидроэнергетика, водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство) и водопотребление (вода забирается, возвратна, она используется промышленностью и транспортом, часть ее теряется) [31].

Основными водопотребителями являются промышленность, орошение, хозяйственно-питьевое и сельскохозяйственное водоснабжение. Из всего объема воды использованной на промышленные нужды, на долю химической промышленности приходится 13%, черной металлургии - 12%, целлюлозно-бумажной промышленности - 8% воды. Качество воды во многих водных объектах не отвечает нормативным требованиям.

В ноябре 1996 г. принято Постановление (№ 1403) Правительства РФ «О введении государственного водного кадастра Российской Федерации». Кадастр включает все данные о водных объектах, их водных ресурсах, использовании водных объектов, водопользователях. Ведение государственного кадастра возложено на Минприроды РФ и Федеральную службу России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Водные ресурсы подвергаются антропогенному воздействию при отборе поверхностных и подземных вод для промышленного, сель