ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Влияние на растительность

Как отмечалось выше, в тех районах, где взаимосвязь под­земных вод эксплуатируемых горизонтов и вышележащих без­напорных грунтовых вод достаточно тесная, под влиянием во­доотбора происходит снижение уровня безнапорных грунтовых вод. Такое снижение уровней грунтовых вод может сказаться на состоянии ландшафтов. Самым чувствительным элементом лан­дшафтов, реагирующих на изменение уровенной поверхности грунтовых вод, является растительность.

Влияние снижения уровня грунтовых вод на растительность определяется тем, какой режим водного питания растений пре­обладает - автоморфный или гидроморфный.

При автоморфном режиме питания корни растений не дос­тигают уровня грунтовых вод или высоты капиллярной каймы и растения получают воду только за счет инфильтрации атмосфер­ной влаги в корнеобитаемый слой. Глубина проникновения кор­ней растений, суммированная с высотой капиллярной каймы, часто называется критической глубиной. Если глубина залега­ния грунтовых вод больше критической глубины режим пита­ния растений влагой является автоморфным, т. е. преимуществен­но за счет инфильтрующихся атмосферных осадков. Если глу­бина залегания грунтовых вод меньше критической глубины, значительное участие в питании растений принимают грунто­вые воды и такой режим питания растений называется гидро - морфным.

Результаты многолетних опытных и экспериментальных ис­следований (Жоров, 1992; Зеегофер и др., 1991) свидетельству­ют, что для подавляющего большинства растений глубина про­никновения корней не превышает 5 м. Так, в районе Приокского заповедника в Московской области максимальная глубина про­никновения корней для сосны не превышает 3 м (лишь в одном из 17 определений она составляет 3,9 м), для дуба - 5,1 м, для липы - 2,5 м, для березы - 3,4 м, для осины - 4,4 м. При этом основная масса корней находится в верхнем полуметровом слое, т. е. в зоне интенсивной инфильтрации атмосферных осадков.

Аналогичные результаты были получены на территории Ар - гединского заповедника, где для сосен 10-15-летнего и 60- 65-летнего возраста основная масса корней находилась на глу­бинах соответственно 0,4 и 0,8 м (Судницын, 1979).

Аналогичный порядок глубин проникновения корней изве­стен и для травянистых и культурных растений. B. C. Ковалев­ский (1994) указывает на параболический вид зависимости продуктивности экосистем от глубины залегания уровня грун­товых вод. Экстремум такой параболы отвечает оптимальным глубинам залегания уровня грунтовых вод в среднем за период вегетации.

Поданным различных экспериментальных исследований оп­тимальная глубина залегания грунтовых вод для хлопчатника составляет в среднем за вегетацию 1,2-1,5 м, для большинства овощных культур - от 0,7 до 1,5 м, для фруктовых садов - 2-3 м. Максимальная продуктивность хвойных лесов, широко разви­тых в гумидной зоне Восточно-Европейской равнины, отмеча­ется при глубинах залегания уровней грунтовых вод 1,5-2,0 м в супесчаных отложениях.

Высота капиллярного поднятия влаги над поверхностью грун­товых вод определяется литологическим составом пород зоны аэрации. Для песков разного гранулометрического состава она изменяется ОТ 0,1 ДО 0,5 м, для легких суглинков и торфяников - до 2,0-2,5 м, для тяжелых суглинков - до 3,0-4,0 м.

Вышеизложенные данные позволяют сделать принципиаль­ный и важный в практическом отношении вывбд: при глубине залегания уровней грунтовых вод, гидравлически связанных с эксплуатируемым водоносным горизонтом, ниже критических глубин снижение уровней грунтовых вод, вызванное водоотбо - ром, никак не скажется на растительности. Иными словами это означает, что если уровень грунтовых вод в песках глубже 5 м, а в суглинках глубже 7 м, то никакая сколь угодно интенсивная эксплуатация подземных вод не повлияет на растительные со­общества. Однако, этот вывод справедлив только для типичный растительности гумидной зоны и зоны умеренного увлажнения. Для растений аридного климата, например для эвкалипта, кри­тические глубины, и, следовательно, влияние водоотбора на ха­рактер растительности будут совсем иными.

При гидроморфном режиме влаги наилучшие условия про­израстания растений, как для естественных фитоценозов, так и для культурных растений, наблюдаются при глубинах уровня грунтовых вод от 0,5 до 2,0 м. В этом же интервале глубин обычно находится и основная масса корней растений. Поэтому пониже­ние или повышение уровней поверхности грунтовых вод отно­сительно указанной оптимальной глубины может оказать нега­тивное влияние на растительность.

Приведем некоторые примеры негативного влияния отбора подземных вод на растительность.

Венгерские ученые отмечают исчезновение ряда раститель­ных форм на прибрежных участках водотоков в горных районах бассейна озера Балатон, вызванное снижением уровней карсто­вого водоносного горизонта в результате интенсивной откачки шахтных и рудничных вод. В работе (Жоров, 1998) указывается, что в Нидерландах в последние десятилетия снижение уровня грунтовых вод на низменных участках привело к потерям в рас­тительном и животном мире на территориях запо­ведников. Разработаны предложения по сокращению отбора подземных вод из донных отложений приморской зоны Ни­дерландов за счет привлечения внешних источников водоснаб­жения.

Весьма сложная и напряженная ситуация, связанная с интен­сивным отбором подземных вод, наблюдается на юге Испании. Здесь в устье р. Гвадалквивир в результате крупного водоотбора подземных вод площадь болотных массивов сократилась с 200 до 27 тыс. га, что отрицательно повлияло на места отдыха птиц при перелетах из Европы в Африку и обратно (Luke, 1992).

B. C. Ковалевский (1994) отмечает, что увеличение мощно­сти зоны аэрации и глубины залегания уровня грунтовых вод, вызванные эксплуатацией подземных вод в долине р. Север - ский Донец (Россия) привело к исчезновению и усыханию ста - ричных и пойменных озер, иссушению лесов, особенно верху­шек деревьев, изменению видового состава растительности. По этой же причине усыхают кедровые рощи в заповеднике на Ура­ле, дубы в районе Лебединского карьера Курской магнитной ано­малии, сады в районе г. Краснодара на Северном Кавказе.

При эксплуатации подземных вод в долинах рек аридной зоны, вызывающей развитие обширных депрессионных воро­нок, во многих районах отмечается гибель влаголюбивой рас­тительности - гидрофитов - и значительное угнетение фреато - фитов. Значительный ущерб вызвал крупный отбор подземных вод (около 800 л/с) в долине периодически пересыхающей р. Каракенгир (Центральный Казахстан). Здесь по данным М. А. Хордикайнена произошло высыхание и отмирание расти­тельности и резкое сокращение ее транспирационного расхода. Изменение режима влажности в результате снижения уровня грунтовых вод привело к высыханию луговых трав на прилега­ющих к водозабору участках долины реки, а сток реки резко со­кратился.

Известны случаи, когда отбор подземных вод приводит к осу­шению и даже исчезновению низинных болот, что вызывает уг­нетение болотной фауны и флоры, отмирание гидрофитной болотной растительности или изменение ее вида.

В бывшей ФРГ в середине 70-х годов период значительного водоотбора подземных вод совпал с рядом засушливых лет, что привело к существенному снижению уровня подземных вод на больших территориях и, как следствие, к изменениям в ланд­шафтах и растительности. В эти же годы весьма негативное вли­яние на растительность оказало значительное снижение уровня грунтовых вод, вызванное водоотбором в Западном Берлине.

Однако следует отметить, что в ряде случаев эксплуатация подземных вод приводит к дренированию переувлажненных зе­мель и тем самым оказывает положительное влияние на уро­жайность трав на заливных приречных лугах и на их видовой состав. Так, на отдельных участках Присухонской низменности, искусственно сдренированных в результате отбора подземных вод и мелиорации, жесткая осоковая низкоурожайная раститель­ность сменилась сочной высококачественной луговой раститель­ностью со значительно более высокой урожайностью (Ковалев­ский, 1995).

Анализ влияния изменения уровней подземных вод на про­дуктивность лесов показывает, что в переувлажненной зоне до­полнительное дренирование территории в результате крупных откачек подземных вод может повысить бонитет леса, а в за­сушливых областях - понизить вплоть до гибели леса.

Многочисленные примеры влияния интенсивной откачки подземных вод на ландшафты и растительность различных рай­онов Германии приведены в весьма подробном аналитическом обзоре А. А. Жорова "Подземные воды и окружающая среда" (1995). Ниже приводятся наиболее яркие примеры, заимство­ванные из этого обзора. Следует подчеркнуть, что Германия яв­ляется страной, где в наиболее полном виде проводятся комп­лексные натурные исследования и наблюдения (эксперименталь­ные работы, моделирование, прогнозные расчеты и др.) по оцен­ке влияния интенсивного отбора грунтовых вод на различные компоненты окружающей среды.

На территории Фурбергского поля в Нижней Саксонии в ре­зультате снижения уровня грунтовых вод под влиянием их эксп­луатации был нарушен водный режим растительности на 470 га лесных и 1400 га луговых площадей, что составляет 5,5% от всей площади Фурбергского поля. Зависимость увлажнения корнео - битаемого слоя от понижения поверхности грунтовых вод под влиянием водоотбора иллюстрируется графиками изменения влажности почв по 105 тестовым ботаническим площадкам. Восточнее г. Фурберга за 25 лет эксплуатации подземных вод их уровень понизился на 4 м, в результате чего мелкоосоковое бо­лото с 15 видами растений превратилось в клеверный луг.

В долине р. Рейн (Гессенские плавни) в период с 1964 по 1982 г. отмечались самые низкие уровни грунтовых вод. В этот период увеличение водоотбора подземных вод совпало с рядом сухих лет. В результате были отмечены угнетение лесной расти­тельности и проседания земной поверхности, вызвавшие по­вреждения зданий. Суммарный ущерб, включающий поврежде­ния зданий, улиц, железных дорог, ущерб плодовым культурам, затраты на орошение и планировку в сельском хозяйстве, ущерб лесу, оценивался в 16 млн. немецких марок.

Весьма подробные данные о связи наземных экосистем и, в частности, растительности с понижением поверхности грунто­вых вод, вызванным их отбором, приводит А. Жоров и по дру­гим районам Германии, где проводятся специальные весьма тщательные многолетние наблюдения за состоянием отдельных компонентов окружающей среды (влажность почвы, положение уровня грунтовых вод в естественных и нарушенных условиях, состав и состояние растительных сообществ, режим речного стока и др.). Автор отмечает, что механизм оценки чувствитель­ности ландшафтов к снижению уровня грунтовых вод и риска изменений в ландшафтах при водоотборе был отработан при проектировании новых водозаборов в бывшей ФРГ, где рабочая группа "Экология и окружающая среда" в течение 10 лет выпол­нила ряд проектов по единой методике. В результате этих иссле­дований сформировалась методика и структура этапов работ по оценке экологического риска при водоотборе. Методика осно­вана на анализе водного режима почвенно-растительного слоя и на определении роли в нем фактора грунтового увлажнения. Особое внимание уделяется изучению максимальной высоты капиллярного поднятия для различных разновидностей почв, определению полевой влагоемкости и глубины корнеобитае - мого слоя в зависимости от литологии и плотности сложения пород, анализу влияния органического вещества на влажность почвы. При этом были разработаны схемы оценки чувствитель­ности сельскохозяйственных и лесохозяйственных площадей к снижению уровня подземных вод, которые успешно исполь­зуются при оценке влияния водоотбора на окружающую среду, и служат обоснованием различных природоохранных меро­приятий.

В заключение подчеркнем, что основными мероприятиями, позволяющими предотвратить или минимизировать негативное влияние отбора подземных вод на эколандшафты и раститель­ность, являются управление режимом отбора подземных вод крупными водозаборами (во многих случаях - уменьшение от­бора), искусственное восполнение запасов подземных вод и ре­гулирование поверхностного стока.