Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Водотоки польдеров: методы исследований и геоэкологическая оценка

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 788937.02.01
Доступ онлайн
от 264 ₽
В корзину
В монографии изложены методы исследований и геоэкологическая оценка польдерных земель. Охарактеризована история исследований и практического использования поверхностных вод Калининградской области, выявлены современные проблемы их геоэкологического состояния. Дана характеристика польдерным землям как сложным природно-хозяйственным системам, обоснована необходимость геоэкологических исследований водосборов малых рек, расположенных на них. Разработан методический подход для оценки геоэкологического состояния бассейнов малых водотоков путем сопряженного анализа гидрологических, гидрохимических и геоэкологических данных. Осуществлены гидрологические расчеты ключевых характеристик речного стока малых водотоков польдерных земель, выявлены зависимости между ними. Проведены полевые исследования, получены гидрохимические комплекты данных по рекам польдерных земель за четыре гидрологических сезона 2020-2021 гг. Обработана ретроспективная гидрохимическая информация. Вычислены превалирующие загрязняющие вещества, интегральные показатели качества воды и основные источники загрязнения. На базе полученных результатов построена схема пространственного распределения загрязнений речной сети польдерных земель. Оценено геоэкологическое состояние бассейнов на основе комплекса природных и антропогенных данных; исходя из полученного результата, даны рекомендации по его улучшению. Представляет интерес для специалистов в сфере геоэкологии, гидрологии, гидрохимии, рационального природопользования и охраны окружающей среды.
Спирин, Ю. А. Водотоки польдеров: методы исследований и геоэкологическая оценка : монография / Ю.А. Спирин, С.И. Зотов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 217 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1903343. - ISBN 978-5-16-018010-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2121218 (дата обращения: 12.04.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
ВОДОТОКИ ПОЛЬДЕРОВ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ  

И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ 

ОЦЕНКА

Ю.А. СПИРИН

С.И. ЗОТОВ

Монография

Москва 
ИНФРА-М 

202
УДК 556.53(075.4)
ББК 26.222.5
 
С72

ISBN 978-5-16-018010-6 (print)
ISBN 978-5-16-111016-4 (online)
В монографии изложены методы исследований и геоэкологическая 

оценка польдерных земель.

Охарактеризована история исследований и практического использова-

ния поверхностных вод Калининградской области, выявлены современные 
проблемы их геоэкологического состояния. Дана характеристика польдер-
ным землям как сложным природно-хозяйственным системам, обоснована 
необходимость геоэкологических исследований водосборов малых рек, 
расположенных на них. Разработан методический подход для оценки геоэкологического 
состояния бассейнов малых водотоков путем сопряженного 
анализа гидрологических, гидрохимических и геоэкологических данных. 
Осуществлены гидрологические расчеты ключевых характеристик речного 
стока малых водотоков польдерных земель, выявлены зависимости между 
ними. Проведены полевые исследования, получены гид рохимические комплекты 
данных по рекам польдерных земель за четыре гидрологических 
сезона 2020–2021 гг. Обработана ретроспективная гидро химическая информация. 
Вычислены превалирующие загрязняющие вещества, интегральные 
показатели качества воды и основные источники загрязнения. На базе полученных 
результатов построена схема пространственного распределения 
загрязнений речной сети польдерных земель. Оценено геоэкологическое состояние 
бассейнов на основе комплекса природных и антропогенных данных; 
исходя из полученного результата, даны рекомендации по его улучшению.

Представляет интерес для специалистов в сфере геоэкологии, гидроло-

гии, гидрохимии, рационального природопользования и охраны окружающей 
среды. 

УДК 556.53(075.4) 

ББК 26.222.5

Р е ц е н з е н т ы:

Краснов Е.В., доктор геолого-минералогических наук, профессор, 

профессор Балтийского федерального университета имени И. Канта;

Цветкова Н.Н., кандидат географических наук, доцент, доцент Ка-

лининградского государственного технического университета

ISBN 978-5-16-018010-6 (print)
ISBN 978-5-16-111016-4 (online)
© Спирин Ю.А., Зотов С.И., 2023

Данная книга доступна в цветном  исполнении  
в электронно-библиотечной системе Znanium

Спирин Ю.А.

С72  
Водотоки польдеров: методы исследований и геоэкологическая 

оценка : монография / Ю.А. Спирин, С.И. Зотов. — Москва : ИНФРА-М, 
2024. — 217 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1903343.
Введение

Одной из отличительных природно-хозяйственных особенностей 
Калининградской области является наличие польдерных 
земель, чья площадь составляет около 100 тыс. га (70% польдеров 
России). Польдеры — это осушенные и возделанные низменные 
участки побережья. Польдерные земли располагаются на месте 
низменных заболоченных морских побережий — маршей, часто 
ниже уровня моря, защищены от моря или других окружающих водоемов 
валами, дамбами и другими гидротехническими сооружениями 
от затопления морскими и речными водами. Уровень грунтовых 
вод в польдерах регулируется дренажными устройствами, 
часто с машинной откачкой воды. При высоком уровне агротехнической 
деятельности польдерные земли характеризуются высоким 
плодородием и продуктивностью. Самый крупный польдерный 
массив Калининградской области расположен на территории Неманской 
низменности в муниципальном образовании «Славский 
городской округ» (далее — Славский район). Польдерные земли 
здесь занимают площадь порядка 68,0 тыс. га (68% от всех поль-
дерных земель региона) и включают в себя водотоки, которые являются 
объектом исследования.
Небольшие уклоны земной поверхности, присущие польдерам, 
приводят к низкой скорости течения воды в реках, что замедляет 
их способность к самоочищению, а также вызывает их заиление. 
Неглубокое залегание грунтовых вод на польдерных массивах и затопляемость 
территории приводит к образованию вымочек и заболачиванию. 
Обилие водных ресурсов и их высокая плотность 
на большей части польдерных земель привели к тому, что речная 
сеть имеет высокую транзитную способность. Это делает ее сильно 
уязвимой к природному и антропогенному негативному влиянию. 
Воздействия, связанные с загрязнением воды, отражаются 
не только в месте их локализации, но также постепенно распространяются 
на соседние водные объекты и заливы. Дополнительную неустойчивость 
речной сети придает то, что она представлена малыми 
водотоками, которые быстрее реагируют на загрязнение.
Плодородность польдерных земель привела к развитию на большинстве 
из них сельскохозяйственного комплекса, а климатические 
и ландшафтные особенности — к созданию осушительных мелиоративных 
систем. Все польдеры области осушаемые и классифицируются 
как незатопляемые (зимние), т.е. осушаются весь год. 
Сельское хозяйство выступает крупным источником поступления 
загрязняющих веществ в водные объекты, а мелиоративная сеть 
выполняет задачи по их транспортировке. На польдерных территориях 
имеется большое количество стоков с сельскохозяйственных 
земель. Самотечные сточные воды с пастбищ и посевных площадей 
попадают в грунтовые воды, а далее в мелиоративную сеть. При помощи 
насосных станций они подаются в магистральные каналы, 
реки водоприемники и с течениями попадают в заливы. Данные 
воды не проходят очистки, вследствие чего, возможно, оказывают 
серьезное негативное воздействие на водные объекты. Из-за специфики 
данных сточных вод их тяжело контролировать, а также точно 
оценить их влияние на водные ресурсы. Последние тенденции 
по развитию сельскохозяйственного и гидромелиоративного комплекса 
могут усилить эти негативные факторы, что предполагает 
необходимость разработки комплексных методических подходов 
для оценки геоэкологического состояния поверхностных водотоков 
и их бассейнов на польдерных землях.
Наиболее эффективны методические подходы, в основу которых 
положен сопряженный анализ гидрологических, гидрохимических 
и геоэкологических данных. Разработанный нами методический 
подход включает в себя следующие составные части:
1. Гидрологическая характеристика Славского района, состоящая 
из следующих этапов: сбор имеющейся гидрологической информации 
по изучаемому району; восстановление отсутствующих 
гидрологических данных; расчет основных гидрологических характеристик 
водотоков; расчет и анализ внутригодового распределения 
речного стока; поиск взаимосвязи между гидрологическими 
характеристиками; моделирование речного стока.
2. Гидрохимическая характеристика и определение основных 
источников загрязнения водотоков Славского района, состоящая 
из следующих этапов: сбор актуальных данных качественных гидрохимических 
характеристик (концентраций химических веществ); 
расчет интегральных показателей качества воды; определение 
главных загрязняющих веществ и их источников; ретроспектива 
данных качества воды; построение схемы пространственного 
распределения загрязнений речной сети.
3. Сопряженный анализ гидрологической, гидрохимической 
и геоэкологической информации для определения количественных 
показателей загрязняющих веществ в водотоках польдерных земель, 
включающий следующие этапы:
3.1. Расчет абсолютных значений превышения концентрации 
загрязняющих веществ путем нахождения разности между концентрацией 
вещества и соответствующей ей норме ПДК. Концентрации 
веществ получены во время проведения натурных гидрохи-
мических исследований и ретроспективного анализа результатов 
прошлых лет.
3.2. Определение среднесезонных расходов воды в пунктах гидрохимического 
мониторинга с использованием полученных в работе 
результатов гидрологических исследований. По тем точкам 
мониторинга, у которых такая информация отсутствует, использовано 
проецирование данных с изученных рек с применением выявленных 
связей и зависимостей.
3.3. Получение количественных показателей загрязняющих веществ, 
проходящих через речной створ по каждому гидрологическому 
сезону.
3.4. Построение зависимостей и выведение формул по расчету 
массы загрязняющих веществ за сезон (тонн) по заданным веществам.

3.5. Формирование границ использования методического подхода.

3.6. Верификация результативности методического подхода.
На основе реализации предложенного методического подхода 
проведена оценка геоэкологического состояния малых водотоков 
и их бассейнов в польдерных землях и разработана система мероприятий 
по его улучшению. Система мероприятий включает оптимизацию 
сельскохозяйственной деятельности путем создания 
замкнутых биогеохимических циклов азотных и фосфорных соединений, 
организацию системы пространственно распределенной 
биологической очистки водотоков высшей водной и древесной растительностью. 
Данный подход имеет типовой характер и может 
быть использован для геоэкологических оценок и оптимизации 
низменных приморских территорий.
Авторы выражают искреннюю благодарность канд. геогр. наук 
Ю.А. Королёвой и В.С. Таран за проведение химических анализов, 
отобранных проб речных вод на базе лаборатории Высшей школы 
живых систем Балтийского федерального университета им. Имма-
нуила Канта.
Глава 1.  

ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКОГО 
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД 
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

1.1. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Калининградская область богата водными ресурсами, она имеет 
339 водотоков общей протяженностью 5180,8 км; 145 озер и прудов 
общей площадью 56,8 км2; множество мелиоративных открытых 
и регулирующих осушительных каналов — 13 570 км. Характерна 
высокая густота речной сети: от 0,88 на территориях с моренным 
рельефом до 1,34 на польдерах. Самыми крупными поверхностными 
водными объектами на рассматриваемой территории являются: 
река Неман и ее при ток Шешупе, река Преголя с притоками 
Лавой, Анграпой, Инстручем (Белов, Зотов, 2008; Географический 
атлас..., 2002; Великанов, Проскурнин 2003; Пунтусов, 2013).
Поверхностные водные объекты региона широко используются 
в следующих областях экономики: сельское, рыбное, коммунально-
бытовое хозяйство; рекреация; судоходство; промышленность и гидроэнергетика. 
На территории региона ведут свою деятельность, 
связанную с поверхностными водными объектами, следующие государственные 
структуры: Невско-Ладожское бассейновое водное 
управление (НЛБВУ); Калининградский центр по гидрометеорологии 
и мониторингу окружающей среды (ЦГМС); Управление 
«Калининградмелиоводхоз» и Министерство природных ресурсов 
и экологии Калининградской области.
Научные исследования поверхностных водных объектов Калининградской 
области осуществляют государственные университеты: 
Балтийский федеральный университет им. Иммануила 
Канта (Институт природопользования, территориального развития 
и градостроительства), Калининградский государственный 
технический университет (кафедры «Водные ресурсы и водопользование» 
и «Ихтиология и экология»), Атлантический филиал 
Всероссийского научно-исследовательского института рыбного 
хозяйства и океанографии (АтлантНИРО), Атлантическое отделение 
института океанологии им. П.П. Ширшова, Калининградское 
областное отделение Русского географического общества 
(РГО).
В изучении региональных гидрологических и гидроэкологиче-
ских особенностей, специфики использования водных ресурсов 
и их охраны большую роль играют исторические аспекты исследований (
Башляр, 2016; Вернадский, 1981; Козиков, 2014). На сегодняшний 
день достаточно полных работ по этой теме не существует, 
в то время как они могли бы быть очень полезны для оптимизации 
использования водных ресурсов уже в наше время.
Изложение материалов целесообразно систематизировать 
в соответствии со следующей периодизацией: период до Второй 
мировой войны; советское время: период становления гидрологических 
исследований и водопользования (1946–1960 гг.), период 
развития гидрологических исследований и водопользования 
(1961–1975 гг.), период модернизации гидрологических исследований 
и водопользования (1976–1990 гг.); постсоветский (российский) 
период (1991–2005 гг.); современный период (2006 г. — 
по настоящее время). Для достижения максимальной лаконичности 
повествования были выбраны временные отрезки, равные 
15 годам, поскольку, на наш взгляд, данные интервалы наиболее 
объективно формируют границы между различными периодами 
(Зотов, Спирин, 2020).

Период до Второй мировой войны
Гидрологические исследования и использование поверхностных 
вод в довоенный период на территории Восточной Пруссии отражали 
тенденции своего времени. Они были направлены на сбор 
и обработку гидрологической информации с целью последующего 
использования полученных данных в различных практических 
областях жизнедеятельности человека. Населением Восточной 
Пруссии водные объекты использовались комплексно. Была хорошо 
развита сеть малых гидроэлектростанций, снабжающих 
электроэнергией небольшие поселения и предприятия. Производилось 
водоснабжение населения с последующим водоотведением. 
В реках и озерах активно разводилась рыба, что вносило разнообразие 
во флору и фауну и обеспечивало людей дополнительным 
продовольствием. У водных объектов, находящихся в черте города, 
возводились парки, производилась посадка деревьев и кустов 
с целью повышения их рекреационного потенциала. Активно 
развивалась осушительно-увлажнительная мелиоративная сеть 
на сельскохозяйственных угодьях, которая была одной из самых 
плотных в Европе, ее развитие было необходимо из-за избыточного 
увлажнения территории (Калининградская областная..., Кре-
тинин и др., 2002).
Период становления гидрологических исследований  
и водопользования (1946–1960 гг.)
После передачи Восточной Пруссии в 1945 г. в состав СССР возникла 
необходимость ее исследования и освоения. В послевоенный 
период в 1946–1960 гг. широким фронтом развернулись научно-исследовательские 
работы по изучению природы Калининградской 
области, в том числе и ее гидрологических особенностей. Одной 
из характерных черт развития гидрологических исследований поверхностных 
водных объектов региона, как и у всей отечественной 
гидрологии, являлась ее тесная связь с практическими запросами 
народного хозяйства. Поэтому большая часть исследований была 
нацелена на развитие водохозяйственного комплекса региона (Федосеев, 
1960).
Для решения поставленных научно-практических задач данного 
периода в области гидрологии поверхностных водных объектов 
использовалось почти все разнообразие методов гидрологических 
исследований. Полевые методы были представлены экспедициями 
ученых и организацией гидрологических постов и станций на основных 
водных объектах. При помощи исторического метода осуществлялся 
поиск гидрологических данных, собранных различными 
службами Восточной Пруссией, а также информации, связанной 
с использованием водных объектов. Экспериментальный метод заключался 
в подробном исследовании того или иного гидрологического 
процесса. Проводились поиск, сбор, расчет и статистическая 
обработка следующей гидрологической информации: расход воды, 
уровень воды, температура воды, химический состав воды, длина, 
ширина, глубина, скорость, площадь водосбора, модуль стока, коэффициент 
вариации и асимметрии рек в разное время (межень, 
половодье, паводки). Наибольшее внимание уделялось рекам из-за 
их большой практической значимости (Беренбейм и др., 1969; Ведерников, 
Зайчикова, 1972; Кучерявый, 1972а; Маркова, Нечай, 
1960; Ресурсы поверхностных..., 1963).
Основными реками, представляющими интерес для изучения 
и использования как в то время, так и по сегодняшний день, были 
Неман, Матросовка, Преголя, Дейма, Инструч, Писса, Нельма, Шешупе, 
Анграпа, Лава и Мамоновка. Данные реки имеют высокий 
потенциал для использования в отраслях рыбного, коммунально-
бытового, сельского хозяйства, судоходстве и гидроэнергетике.
Среди немногочисленных озер особое место в исследованиях 
занимает озеро Виштынецкое. Большая часть исследований, нацеленных 
на развитие рыбохозяйственного потенциала озера, представляли 
собой изучение гидрохимических и термических условий, 
а также современных донных отложений (Беренбейм и др., 1969; 
Ведерников, Зайчикова, 1972; Ресурсы поверхностных..., 1963).
Было положено начало построению карт и атласов, на которых 
были отмечены места расположения водных объектов, густота 
речной сети, гидрологические районы, коэффициенты вариации 
рек, средние годовые стоки рек и многие другие характеристики, 
необходимые для практического использования водных объектов 
(Ресурсы поверхностных..., 1963).
Изучались режим рек, морфология и морфометрия речных 
русел, речных долин и озер, гидрометеорологические процессы 
и ледовые явления на водных объектах. Отдельным пунктом стоит 
выделить изучение сгонно-нагонных явлений на реке Преголе.
Проводились поиск и выявление связей и зависимостей между 
различными гидрологическими величинами, среди которых можно 
выделить следующие: зависимость между длиной и водосборной 
площадью рек; зависимость коэффициента вариации годового стока 
реки от площади ее водосбора; зависимость среднего многолетнего 
сезонного стока реки от различных характеристик на ее водосборе 
(площади распространения водопроницаемых почво-грунтов, заболоченность, 
залесенность и т.д); связь коэффициентов вариации 
годового и сезонного стока реки и многие другие. Подобная информация 
представлялась в виде сопутствующего графического материала 
в различных отчетах и научных работах (Ресурсы поверхностных..., 
1963).
В указанный временной промежуток переселенцы активно использовали 
водные объекты. Развивались сельскохозяйственные 
комплексы, для рациональной деятельности которых необходимы 
постоянный доступ к водным ресурсам, подробная информация 
о них и отлаженная работа гидромелиоративных систем. Проводились 
восстановительные работы систем водоснабжения и водоотведения 
для удовлетворения коммунально-бытовых нужд населения. 
К 1946 г. была восстановлена одна из многих гидроэлектростанций 
(ГЭС), оставленных немцами, «Правдинская ГЭС-3». Происходило 
формирование судоходства на реках Преголе и Неман. Использовался 
рыбохозяйственный потенциал рек и озер. Помимо всего 
перечисленного, водные объекты использовались для промышленных 
целей (Калининградская областная..., Калининградский 
Водоканал...).
Комплексный исторический обзор гидрологических исследований 
внутренних поверхностных водных объектов Калининградской 
области невозможен без рассмотрения развития гидротехнической 
мелиорации и научных исследований, связанных с ней. 
Широкая мелиоративная сеть каналов и дренажа — неотъемлемая 
часть многих участков речной сети региона, также она влияет на ее 
водный режим и химический состав. Насосные станции и мелиоративные 
гидротехнические сооружения тоже оказывают воздействие 
на гидрологические показатели естественных водотоков. 
Поскольку исследования в гидротехнической мелиорации носят 
по большей части инженерно-технический характер, в работе они 
будут затронуты косвенно (Пунтусов, 2013).
В этот период проводилось заселение бывшей Восточной 
Пруссии советскими переселенцами. Немецкая гидромелиоративная 
система оказалась диковиной для советских переселенцев, 
никогда не видевших ничего подобного. Первые переселенцы 
иногда воспринимали гончарные дренажные трубки, повсюду зарытые 
в землю, как незавершенную немцами саперную работу. Естественно, 
трубки рассматривались как опасные предметы, и изымались 
с полей и огородов. Сильно нарушила дренаж и глубокая 
вспашка, противопоказанная в местных условиях, но повсюду применявшаяся 
в СССР. Война также наложила свой отпечаток на техническом 
состоянии мелиоративных систем (Калининградская областная...).

В скором времени возник вопрос по рациональному использованию 
оставленных гидромелиоративных систем. Калининградские 
земельные и водные управления проводили регулярные 
информационные мероприятия, в частности в периодической печати. 
К 1947 г. удалось добиться должного внимания к вопросам 
мелиорации как от руководства страны, так и от местных жителей. 
Начались ремонтные работы по восстановлению гидромелиоративных 
систем. С развитием и восстановлением этих систем 
росло их влияние на гидрологию региона (Калининградская областная...).

Необходимо отметить организации, которые в то время внесли 
наибольший вклад в изучение гидрологии поверхностных водных 
объектов Калининграда и Калининградской области и являлись 
основной движущей силой в этом направлении. Весомый вклад 
в развитие данного направления внесли следующие структуры: 
образованное в 1946 г. на базе воинской части метеорологического 
обеспечения войск, штурмовавших город-крепость Кенигсберг, 
Калининградское гидрометеорологическое бюро; основанный 
в 1949 г. Балтийский научно-исследовательский институт морского 
рыбного хозяйства и океанографии (БалтНИРО); созданный 
в 1947 г. Калининградский государственный педагогический институт (
КГПИ), и в частности факультет естественных наук; Ка-
Доступ онлайн
от 264 ₽
В корзину