9.2. Подтопление земель и изменение растительности в прибрежной зоне
В отличие от природных водных объектов, например озер, которые наиболее близки по природе к водохранилищам и являются результатом естественного развития природных ландшафтов, генетически неотъемлемой их частью, водохранилища создаются по мере необходимости в любом природном ландшафте. Хотя при этом учитываются особенности местных природных условий, тем не менее нередко нарушается ход их естественного развития.
Водохранилища отличаются спецификой режима, своей молодостью и находятся на начальном этапе эволюционного развития водоемов. Формируется новый ландшафт, развитие которого как природно-технической системы во многом определяется хозяйственной деятельностью человека. Характерная черта этого "молодого" ландшафта — формирование вокруг него зоны подтопления, которая предопределяет начало развития совершенно новых физико-географических связей в природе.
Подтопление, или изменение природных условий в результате подъема уровня грунтовых вод на побережьях водохранилищ, изменяет водный режим почвогрунтов, почвообразовательный процесс, свойства почв, травянистую и древесную растительность, животное население, нередко микроклимат и рельеф. При подтоплении грунтовые воды или капиллярная кайма достигают корнеобитаемого слоя и создают в нем дополнительное увлажнение.
На первом этапе подтопления причиной его служит подпор грунтовых вод при наличии водопроницаемых грунтов и гидравлической связи между водохранилищем и верхними водоносными горизонтами.
Подтопление — сложный физико-географический процесс, интегральная функция взаимодействия подпора грунтовых вод, морфологии побережья, механического состава почвогрунтов, слагающих верхние горизонты территории подтопления, уровневого режима водохранилища, климата, и степени дренированности прилегающей к водохранилищу территории. Схема формирования подтопления иллюстрируется на рис. 9.5.
Рис. 9.5. Схема формирования процесса подтопления берегов водохранилищ (по А. Г. Емельянову)
Индикаторами подтопления служат изменения природных компонентов: режима, баланса и химического состава грунтовых вод, появление оглеения, оторфянения и олуговения почвенных горизонтов, изменение химических свойств почв, появление гигрофитов или галофитов, формироввание новых фитоценозов и др. Непосредственно прилегающая к водохранилищу часть побережья, в пределах которой происходит изменение комплекса природных условий в результате подъема уровня грунтовых вод, образует зону подтопления. По степени изменения природы или трансформации природных комплексов зону подтопления разделяют на подзоны сильного, умеренного и слабого подтопления. Выделение подзон основано на учете водного режима почвогрунтов, типов почв и растительности.
Развитие подпора грунтовых вод происходит в две стадии: интенсивного подъема и замедленного подъема грунтовых вод до предельного положения. Продолжительность первой стадии 5 – 10 лет; весь период формирования подпора продолжается 15 – 20 лет.
В процессе потопления можно выделить три стадии: наполнения водохранилища, направленного изменения природы побережья и стабилизации процесса подтопления. Первая стадия совпадает с периодом наполнения водохранилища до проектной отметки (НПУ). На этой стадии в зоне затопления происходит коренная ломка связей в природных комплексах, отмирает древесная и травянистая растительность. Размокание грунтов ложа, замачивание и насыщение грунтов водой способствуют формированию благоприятных условий для развития аэрогидрофильной и гигромезофильной растительности. Продолжительность этой стадии для малых водохранилищ от 1 до 3 лет.
Вторая стадия — стадия направленного изменения природы побережий, или становления зоны подтопления, характеризуется формированием подпорного режима грунтовых вод, водно-воздушного режима почв, прогрессивным процессом заболачивания, становлением новых фитоценозов. Продолжительность стадии 8 – 10 лет.
На третьей стадии развития подтопления идет медленная визуально незаметная качественная перестройка природных комплексов, направленное развитие природы уже не ощущается. В новых сформировавшихся комплексах зоны подтопления устанавливается динамическое равновесие, характерное для аналогичных природных ландшафтов. На этой стадии хорошо прослеживаются подзоны подтопления. Характерными индикаторами для их выделения могут служить гидрогеологические, почвенные и геоботанические признаки проявления процесса подтопления. Для большинства малых водохранилищ, созданных в 50 — 60-е годы, границы зоны и подзон подтопления хорошо выделяются в процессе полевых комплексных исследований.
По характеру сформировавшихся зон подтопления и степени изменения прибрежной растительности выделяются три группы малых водохранилищ (табл. 9.1).
К первой группе относятся водохранилища малых сельских ГЭС речного (низкопойменные, пойменные), озерного или озерно-речного типов. При подпруживании озер затапливается первая озерная терраса и образуются слабо подтопленные берега с узкой полосой подтопления. Вследствие наличия высоких берегов и склонов озерных котловин площадь зоны подтопления не превышает 5 — 10 % площади водохранилищ. Несколько лучше выражена зона подтопления в речных русловых водохранилищах, в верховьях которых наблюдаются участки побережий с умеренным и сильным подтоплением (Саковщинское, Тетеринское, Яновское и др.). Нередко в малых низкопоименных водохранилищах в связи с широкой низкой поймой реки выражена зона сильного подтопления и в средней, и в нижней их частях. Это явление наблюдается на участках низких песчаных пологих берегов, представленных песчаными дюнами, гривами с высоким коэффициентом фильтрации. В таких случаях даже невысокое поднятие уровня грунтовых вод, вызванное подпором водохранилища, приводит к сильному заболачиванию низких участков пойм (Саковщинское и Войковске); впрочем, повышение уровня грунтовых вод не всегда вызывает подтопление.
Таблица 9.1
Типизация водохранилищ Беларуси по характеру подтопления прилегающих земель
Во второй группе водохранилищ, отличающихся большим объемом и площадью, зона подтопления лучше выражена в небольших и малых заливах. Визуально зона подтопления в миниатюре напоминает участок выклинивания подпора, как в водохранилищах первой группы. На побережьях заливов хорошо прослеживаются подзоны сильного, умеренного и слабого подтопления. Однако на долю подтопленных берегов приходится менее 20 % их протяженности (Чигиринское), в том числе до 75 % падает на зону мелководных заливов и верховья водохранилищ.
Берега средних водохранилищ (третья группа) с хорошо выраженным процессом подтопления составляют 30 – 50 % их общей протяженности (Заславское, Краснослободское, Вилейское и др.).
Для более эффективного использования подтопленных земель и улучшения санитарного состояния водохранилищ требуется их рекультивация и перевод в польдерные системы. Преимущество этого пути — создание независимого от колебания уровня водохранилища водного режима территорий с искусственной откачкой воды насосными станциями.
Более эффективное использование подтопленных земель может быть достигнуто заменой естественных малоценных растений ценными кормовыми культурными травами (Заславское). Узкие полосы подтопленных земель могут коренным образом рекультивироваться. Улучшение земель для хозяйственного использования достигается путем подсыпки и поднятия поверхности на 1,0 – 1,5 м до уровня, исключающего затопление и подтопление. Таким методом можно снова наладить сельскохозяйственное производство на пахотных землях, подготовить побережья к созданию на них рекреационных объектов (Чигиринское, Осиповичское и др.).
Все работы по мелиорации подтопленных земель должны проводиться дифференцированно к различным природным зонам и с учетом особенностей подзон подтопления.