Гидрологический режим болот

Гидрологические свойства болот весьма своеобразны. Это своеобразие определяется тем, что в торфяных болотах содержится от 89 до 94% воды по весу и, следовательно, до 6% сухого ве­щества. Таким образом, торфяные болота являются, несомненно, значительными аккумуляторами влаги. Однако вследствие того что вода в болоте связана сухим веществом торфа, накапливаемые в болоте запасы воды не могут быть использованы как значитель­ный дополнительный источник питания рек. Осушительными кана­вами и дренами нельзя уменьшить содержание воды в торфяном болоте ниже 85%, и лишь испарение вызывает дальнейшее сниже­ние содержания влаги в торфяном грунте.

При анализе гидрологического режима болот необходимо ис­следовать вопросы водного питания, испарения, движения воды в торфяном грунте, колебания уровня грунтовых вод, сток с бо­лот и процессы, связанные с замерзанием и оттаиванием болот. Ознакомимся с основными водными свойствами торфяной за­лежи.

Виды воды, содержащейся в торфе. Содержащаяся в тор­фяном болоте вода делится на две группы, отличающиеся характе­ром связи ее с залежью торфа:

1) свободная, отделяющаяся от торфа под действием силы тяжести и, следовательно, стекающая по уклону в канавы и реки. Свободная вода на болоте может находиться в виде постоянно существующих озер и речек или в виде временных скоплений на по­верхности болота после сильных дождей, снеготаяния или разливов рек. Свободная вода может находиться в верхнем растительном слое болота (очес) и под торфяным слоем или в виде линз внутри торфяной залежи.

2) связанная с торфяной массой, не отделяющаяся от нее под действием силы тяжести и, следовательно, ее нельзя извлечь из торфа с помощью осушительной сети.

Связанная вода делится на следующие виды:

а) капиллярная, находящаяся в узких капиллярных пустотах между волокнами и частицами торфа и передвигающаяся под влия­нием капиллярных сил; она может быть удалена из торфяной за­лежи путем испарения с поверхности торфа и транспирации;

б) коллоидальная, входящая в коллоидную смесь и состоящая из воды и мельчайших частиц торфа; эта вода удаляется при высу­шивании торфа;

в) осмотическая, находящаяся внутри неразрушенных расти­тельных клеток, которую можно удалить лишь после химического разрушения оболочек этих клеток:

г) гидратная, входящая в вещество торфа как химически состав­ная часть.

Переходную форму между свободной и связанной образует вода, содержащаяся в промежутках между частицами торфа. Эта вода медленно вытекает из торфяной залежи под действием силы тяже­сти в направлении уклона местности. Верхняя граница воды, содер­жащейся в указанных мелких промежутках, образует поверхность уровня грунтовой воды на болоте.

Источники водного питания болот. У словия питания различных типов болот неодинаковы.

В водном балансе низинных и переходных болот большое значе­ние имеет поступление грунтовой воды, а также воды поверхност­ных водотоков в период их разливов. Питанию атмосферными осад­ками принадлежит меньшая роль.

Наоборот, верховые болота полу­чают питание в основном за счет атмосферных осадков. Приток грунтовой воды в этом случае определяет нижнюю границу устой­чивого положения отметки залегания подземных вод.

Соотношение различных видов питания существенно зависит от высотного поло­жения болота по отношению к рельефу местности и от гидрогеоло­гических условий заболоченной местности.

Движение воды в торфяном грунте и на болотных масси­вах. Движение воды в торфяной залежи осуществляется путем фильтрации по вертикали и в сторону уклона над более трудно про­ницаемыми прослойками торфа, а также в виде водоносных жил и даже внутризалежных потоков. Кроме того, вода торфяного болота может поступать по кратчайшему вертикальному направлению в подстилающий песчаный горизонт и двигаться по нему к рекам и канавам со значительно меньшим сопротивлением, чем в торфяной залежи. Торфяная залежь болотных массивов весьма неоднородна в смысле условий фильтрации в ней воды. Особенно резко различны условия фильтрации в верхнем, слабоуплотненном слое и в осталь­ной толще торфа.

Самые верхние слои болотного массива, называемые раститель­ным очесом, имеют наиболее крупные поры: в этих слоях осущест­вляется основное перемещение воды в болотном массиве.

В выпуклых грядово-мочажинных моховых болотных массивах верхний слой имеет толщину от 8 до 20 см и сложен в основном стеблями мхов, кустарничков и пушицы.

Второй, более уплотненный слой имеет толщину 5—25 см. От этого слоя осуществляется постепенный переход к основной бес­структурной массе торфа.

Вся толща от поверхности болота до среднего положения низ­ших уровней грунтовых вод на болоте называется деятельным, или активным, слоем болота: нижерасположенные горизонты образуют инертный слой.

Деятельный, или активный, слой болота характеризуется коле­банием в его пределах уровня грунтовых вод, высокой водопроводимостью и переменным содержанием влаги.

Инертный слой отличается постоянным содержанием воды во времени и ничтожно малой проводимостью торфа.

Движение воды по болотному массиву осуществляется в сле­дующих формах:

а) фильтрацией в толще мохового покрова, причем главным об­разом в верхних его слоях;

б) сплошным потоком по всей площади микроландшафта при ровной поверхности болот;

в) несплошным, расчлененным потоком при крупнокочковатом микрорельефе, когда кочки не соединяются между собой, а отделены друг от друга глубокими понижениями, по которым поверхностный поток обтекает их;

г) в виде болотных ручьев и речек.

Важной особенностью движения воды по болотному массиву яв­ляется сохранение ламинарного режима какпри фильтрации, так и при перемещении воды по поверхности, исключая, конечно, дви­жение в болотных ручьях и речках.

На болотных массивах очертания рельефа достаточно полно отражают форму поверхности грунтовых вод. Поэтому напоры, под действием которых осуществляется движение потока грунтовых вод, фильтрующегося через торфяную залежь, а также поверхностного потока в периоды, когда, уровень стоит выше поверхности болота, могут быть приняты равными разностям отметок поверхности бо­лота.

Колебания уровня грунтовых вод на болотных массивах. Положение уровня грунтовых вод в болоте обусловливается релье­фом болота, характером растительности, наличием осушительных канав и дрен, а также климатическими условиями. Первые три фактора, действуя непрерывно или достаточно длительное время и притом в одном и том же направлении, определяют основной фон уровня грунтовых вод, который подвергается сезонным и случайным колебаниям под воздействием климатических факторов. Под влия­нием рельефа уровень грунтовых вод на болоте не образует гори­зонтальной поверхности, а следует за изгибами на возвышенностях, откуда закономерно снижается по склонам. Под влиянием осушительных канав уровень грунтовых вод снижается, причем это снижение зависит от размеров канав и степени канализованности болота.

Сезонные колебания уровня грунтовых вод связаны с общим го­довым ходом элементов климата. Весеннее снеготаяние вызывает подъем уровня грунтовых вод — весенний максимум.

Повышение температуры воздуха, а также развитие раститель­ности и связанное с этим увеличение испарения обусловливают постепенное снижение уровня грунтовых вод на болоте, заканчиваю­щееся летним минимумом, устанавливающимся, как правило, вне влияния реки, так как горизонт воды в реке в летний минимум ниже поверхности болота. Независимость летнего минимума от по­ложения уровня воды в реках определяет существенное отличие процесса его формирования от весеннего максимума, зависящего на некоторых болотах от разлива реки.

Понижение температуры с наступлением осени при наличии ат­мосферных осадков вызывает осенний подъем грунтовых вод. Медленный сток воды с болот в зимнее время при отсутствии по­полнения с поверхности вызывает постепенное снижение уровня грунтовых вод в течение зимы, заканчивается зимним миниму­мом.

Колебание уровней грунтовых вод в различных частях болотных массивов характеризуется большой синхронностью, но годовая амплитуда и положение уровня относительно поверхности болота в разных микроландшафтах одного и того же болотного мас­сива неодинаковы.

Сток с болот. В течение длительного времени целесооб­разность проведения осушительных мероприятий связывалась с во­просом о влиянии болот на речной сток и климат.

Различные взгляды на основные стороны проблемы о влиянии болот на водный режим рек — следствие отсутствия достаточных материалов наблюдений за процессами формирования стока с болот. Поэтому выводы о роли болот в питании рек часто делались на ос­нове общих логических построений.

Как указывалось выше, большая часть влаги с водораздельных болотных массивов стекает не русловым потоком, а путем фильтра­ции в деятельном слое. При котловинном залегании выпуклого бо­лотного массива фильтрационные токи будут направлены от зоны наибольшей высоты к границам массива: сюда же будут стекать воды со склонов котловины, окружающих массив. Вода, скаплива­ющаяся в этом случае на границах массива с суходолами, образует топи и ручьи, по которым она стекает во внешние водоприемники.

Отекание воды с болотного массива может продолжаться до тех пор, пока не истощится запас свободной (несвязанной) воды в дея­тельном горизонте болота, т. е. пока уровни грунтовых вод нахо­дятся в пределах этого горизонта. Снижение уровня грунтовых вод до границы деятельного горизонта либо ниже нее сопровождается или полным прекращением стока с болота или уменьшением его до весьма малых значений.

Сток с низинных болот формируется за счет грунтовых и поверх­ностных вод, поступающих на поверхность болота при разливах рек и в меньшей мере за счет атмосферных осадков. Иные условия фор­мирования низинных болотных массивов и стока с них обусловли­вают, в частности, более высокое и более устойчивое летнее пита­ние рек по сравнению с верховыми болотами. Это происходит вслед­ствие того, что в периоды низкого стояния грунтовых вод на болоте сток осуществляется из подстилающего торфяную залежь минераль­ного грунта. Различные условия стока в межень, естественно, опре­деляют и различное воздействие верховых и низинных болот на внутригодовое распределение стока питаемых ими рек.

Возникновение стока с болот от дождей зависит от слоя осадков за дождь и высоты стояния уровня грунтовых вод. Дожди, выпадаю­щие при уровнях грунтовых вод, лежащих ниже деятельного слоя, вызывают подъемы уровней только в пределах инертного горизонта и, полностью аккумулируясь, не оказывают никакого влияния на сток.

Когда уровень грунтовых вод находится в пределах деятель­ного слоя, каждый подъем уровней от выпадающих осадков сопровождается резким повышением расходов в вытекающих из болота водотоках.

Испарение с болотных массивов. Испарение с болотных массивов определяется количеством тепла, поступающего к испа­ряющей поверхности, и количеством влаги, подводимой к испаряю­щей поверхности из толщи болотного массива и выпадающей в виде атмосферных осадков.

В зависимости от изменения положения уровня грунтовой воды в болоте можно выделить три стадии в процессе испарения:

Первая стадия относится к условиям полного насыщения бо­лотного грунта водой. В этом случае испарение целиком опреде­ляется метеорологическими факторами. Полное насыщение на по­верхности почвы может сохраняться и при понижении уровня воды ниже поверхности, но в пределах зоны капиллярного поднятия в наи­более крупных порах почвы.

При дальнейшем снижении уровня грунтовой воды, когда уже не все, а только часть более мелких пор сможет подавать воду к поверхности, наступит вторая стадия испарения.

Наконец, при снижении уровня ниже зоны капиллярного под­нятия даже по наиболее мелким порам наступит третья стадия испарения. В этой стадии капиллярный поток к поверхности от­сутствует и болотная почва начинает просыхать на некоторую глубину.

На лесных болотных массивах испарение за счет более глубо­кого расположения корневой системы с понижением уровней умень­шается значительно меньше, чем на моховых и травяных. Это приводит к повышенному расходу влаги на испарение на облесен­ных болотах по сравнению с моховыми и травяными болотами. Косвенным показателем повышенного испарения с лесных болот­ных микроландшафтов по сравнению с моховыми является боль­шая амплитуда колебаний уровней грунтовых вод и более низ­кий их летний минимум.