Характеристика, общие закономерности и особенности создания и функционирования ПТК "Территория, на которой расположена польдерная система"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика, общие закономерности и особенности создания и функционирования ПТК «Территория, на которой расположена польдерная система»



Введение

польдер атмосфера литосфера

Объектом курсовой работы является ПТК «Территория, на которой расположена польдерная система».

Цель работы - дать характеристику и проанализировать общие закономерности и особенности создания и функционирования ПТК «Территория, на которой расположена польдерная система».

В ходе работы рассмотрены общее понятие о ПТК, общие закономерности и особенности создания и функционирования ПТК «Территория, на которой расположена польдерная система».

В работе приведено несколько примеров ПТК «Территория, на которой расположена польдерная система» и дано детальное описание польдерных систем Калининградской области.



1. Общее понятие польдерных систем

1.1 Природно-техногенные комплексы

Природно-техногенные комплексы природообустройства - это рекультивируемые земли; обустроенные человеком водные объекты (отрегулированные реки, гидроузлы на них); защищенные от природных стихий земли (от эрозии, паводков, размывов, подтопления, от селей, оползней); земли с воссозданной экологической инфраструктурой (земли с защитными лесополосами, лесонасаждениями); природоохранные зоны.

Природно-техногенные комплексы природообустройства сложны в правовом отношении. Например, в соответствии с Водным кодексом РФ реки являются общенародным достоянием и находятся в государственной собственности, а насосная станция на ее берегу может принадлежать юридическому или физическому лицу, подключенная к ней мелиоративная система - другому лицу.

Очень важной проблемой является сосуществование и взаимодействие естественных ландшафтов и встроенных в них человеком искусственных со-оружений, устройств, насколько меняется ландшафт при изменении растительного покрова, при изменении режима течения рек, при строительстве водохранилищ, карьеров, шахт и т.д.

Встроенные в ландшафт или в геосистемы любого ранга искусственные сооружения или вносимые в него новые элементы (посевы новых культур, здания, сооружения) функционируют в нем, подчиняясь природным законам. Новые техногенные или антропогенные объекты физически входят в ландшафт, становятся его элементами, но ландшафт остается природной системой. В некотором смысле неважно, как появился в составе ландшафта тот или иной элемент: образовался водоем в результате естественной запруды на реке, или человек насыпал в русле плотину, образовался овраг естественным путем или в результате неправильной распашки склонов. Важно то, что эти элементы «работают» вместе с природными и именно их взаимодействие нужно изучать, чтобы уменьшить негативные последствия изменения ландшафта.

При оценке воздействий человека на природу, конкретно, на определенные геосистемы, надо иметь в виду фундаментальное обстоятельство, заключающееся в том, что как бы сильно не был изменен ландшафт человеком, в какой бы степени не был насыщен результатами человеческого труда, он остается частью природы, в нем продолжают действовать природные закономерности. Человек не в состоянии отменить объективные законы функционирования и развития геосистем, снивелировать качественные различия между ландшафтами тайги и степи, степи и пустыни.

Воздействие человека на окружающую среду следует рассматривать как природный процесс, в котором человек выступает как внешний фактор. При этом надо иметь в виду, что новые элементы, внедряемые человеком в ландшафт (пашни, сооружения, техногенные выбросы) не вытекают из структуры ландшафта, не обусловлены им и поэтому оказываются чужеродными элементами, не свойственными конкретному ландшафту. Поэтому ландшафт стремится отторгнуть их или «переварить», модифицировать. В связи с этим, антропогенные элементы, внедряемые в ландшафт, являются неустойчивыми, неспособными самостоятельно существовать без постоянной поддержки человека. Так, культурные растения, если за ними не ухаживать, не возобновлять, будут вытеснены «дикими», пашня - зарастет, каналы в земляном русле - или заплывут или будут меандрировать, как реки, здания - разрушатся.

Следствием этого, во-первых, является необходимость постоянной затраты человеком труда и ресурсов на поддержание таких элементов, необходимость ухода, ремонта, реконструкции, а во-вторых, для повышения устойчивости внедряемых элементов человек должен максимально уменьшать их «чужеродность» для ландшафта.

Для оценки характера и глубины техногенного воздействия, определения допустимого предела воздействия или допустимой антропогенной нагрузки на геосистему, за которыми наступают необратимые и нежелательные ее изменения, необходимо в каждом конкретном случае определять устойчивость геосистемы к техногенным нагрузкам.

Всякая геосистема приспособлена к определенным условиям, в пределах которых она устойчива и нормально функционирует даже при возмущениях внешних природных факторов (динамичность геосистемы). Техногенные возмущения часто превосходят природные, они более разнообразны, некоторые вообще отсутствуют в природе, например загрязнение искусственными веществами. Все это вызывает необходимость в специальных исследованиях реагирования геосистемы на конкретные воздействия, которые должны быть положены в основу проектов по природопользованию и природообустройству. Отметим здесь важность долговременных количественных прогнозов поведения геосистем при разных вариантах техногенных воздействий.

Приведем общие критерии природной устойчивости геосистем. Прежде всего - это высокая организованность, интенсивное функционирование и сбалансированность функций геосистем, высокую биологическую продуктив-ность и возобновимость растительного покрова. Эти качества определяются оптимальным соотношением тепла и влаги, а находят свое выражение в степени развитости почвенного покрова, в конечном итоге, в плодородии почв.

Водные мелиорации (орошение и осушение) повышают устойчивость геосистем, приводя к оптимуму соотношение тепла и влаги, но, являясь силь-ным возмущающим фактором, при их передозировке могут привести к проти-воположному результату. Восстановление нарушенных компонентов, очистка от загрязнения, т.е. рекультивация земель также способствует росту устойчи-вости.

Одной из разновидностей природно-техногенных комплексов являются польдерные системы. [1]

1.2 Определение польдера

Помльдер - осушенный и возделанный низменный участок побережья. Польдеры обычно располагаются на месте низменных заболоченных морских побережий - маршей, часто ниже уровня моря, защищены от моря или других окружающих водоёмов 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. Польдеры отличаются высоким плодородием, обычно возделаны. [2]

Рисунок 1 - Польдеры в Нидерландах

Польдерный способ осушения позволяет управлять удалением стока с обвалованной территории и использовать воду в засушливые периоды на увлажнение почвы.

Кроме естественных условий, пригодных для строительства польдерных систем, такие условия можно создавать при помощи деятельности человека. Особенно расширяется строительство польдсрных систем зимнего незатопляемого типа. Польдерные системы летнего затопляемого типа проектируют в исключительных случаях - для использования земель под посевы многолетних трав, выдерживающих длительное затопление.

Особенно эффективны польдерные системы в поймах рек, затопляемых на продолжительное время. Длительное затопление и высокое стояние грунтовых вод после затопления в половодье или при дождевых паводках приводит к переувлажнению и заболачиванию пойменных земель, затрудняет механизированную уборку сена, сокращает период вегетации сельскохозяйственных культур, задерживает их посев и уборку и т.д. [3]

1.3 Общие черты польдерных систем

В состав польдерной осушительной системы входят: дамбы, ограждающие площадь осушения; насосная станция для механической откачки воды; открытая проводящая и закрытая регулирующая сеть; регулирующий резервуар; наливное водохранилище; обводные и разгрузочные каналы; гидротехнические сооружения; дороги с сооружениями на них.

Дамбы польдера являются основными гидротехническими сооружениями на осушительных системах такого типа.

При определении гребня дамбы обвалования за расчетные принимаются расходы весеннего половодья для не затапливаемых польдеров и летнего половодья для затапливаемых польдеров.

Дамбы обвалования располагают либо вокруг всей польдерной площади, либо ограждают территорию лишь со стороны реки. Дамбы строят из минерального грунта. Длина дамб на 1 га польдерной площади составляет 9-18 м с объемом насыпи 200-950 м³/га. На польдерных системах площадью менее 500 га высоту дамбы проектируют из расчета 5% обеспеченности, а при площади более 500 га - не менее 1%.

Дамбы обвалования некоторых польдерных систем в поймах таких крупных рек, как Припять, Днепр, Десна и Днестр, могут затем войти в общую систему противопаводковой защиты.

Насосные станции для механической откачки воды строят стационарными. Оборудуют их пропеллерными насосами, так как в условиях польдерных осушительных систем необходимо перекачивать большое количество воды на незначительную высоту.

Производительность насосной станции рассчитывают на расход весеннего половодья для пахотных земель 5% и для лугов - 10% обеспеченности.

Регулирующий резервуар располагают возле насосной станции. Он дает возможность снизить производительность устанавливаемых насосов и обеспечивает ритмичную работу насосной станции.

Гидротехнические сооружения на польдерных осушительных системах (шлюзы-регуляторы, трубы-переезды, мосты, дюкеры и др.), а также открытая проводящая и закрытая регулирующая сеть по своей конструкции аналогичны сооружениям и сетям, устраиваемым на самотечных осушительных системах. [4]

Обычная польдерная система - отгороженный глухими дамбами участок поймы, на котором строили осушительную систему с регулирующей и проводящей сетью. Излишки воды с этого участка откачивали насосные установки в реку-водоприемник.

Для водообеспечения осушительно-увлажнительных систем в качестве источника используют водорегулирующие сооружения на открытой и на закрытой сети, аккумулирующей запасы воды из почвы, искусственные водохранилища и пруды, а также в незначительной степени реки, каналы и озера. При проектировании водоемов следует максимально использовать торфовыработки, отмирающие озера, бросовые земли, малопродуктивные леса и т.д.

Для регулирования водно-воздушного режима в летнее время на каналах строили водорегулирующие сооружения - шлюзы-регуляторы. Однако такая система не обеспечивает необходимого регулирования водного режима и во время весеннего половодья, а также зимой излишки воды сбрасываются, а в летнее время местный сток часто не может компенсировать дефицита влаги, который наблюдается в период вегетации растений.

Прогрессивное направление развития осушительно-увлажнительных систем - создание водооборотных систем, позволяющих аккумулировать дренажный сток в искусственно созданном водохранилище или пруде и использовать его в периоды засухи для полива. Такие системы дают возможность одновременно с использованием сбросных вод утилизировать удобрения, повторно вынесенные из почвы с дренажными водами, и предотвращать загрязнение водных источников химическими веществами (удобрения, пестициды и пр.), содержащимися в дренажных водах. Это частично предотвращает загрязнение рек-водоприемников ядохимикатами. Аккумулированная вода затем подастся на увлажнение осушенных земель польдерной системы или прилегающих территории. За пределы такой водооборотной системы сбрасываются только избыточные объемы воды после заполнения аккумулирующих емкостей. Объем водохранилища определяется водохозяйственными расчетами, приблизительные его размеры можно установить из расчета 1 млн. м³ на 1 тыс. га увлажняемых сельскохозяйственных угодий. [5]

Такая система работает по схеме: регулирующая сеть - проводящая сеть - насосная станция - водохранилище - проводящая сеть - регулирующая сеть, т.е. это система замкнутого типа.

Вне польдеров остается полоса с неблагоприятным гидрологическим режимом. На этих землях можно создавать летние затопляемые польдеры, защищающие территорию от летне-осенних паводков дамбами небольшой высоты (0,9-1,2 м). Вследствие интенсивной откачки воды на спаде половодья после обнажения гребней дамб сокращается продолжительность весеннего затопления. Летние польдеры, расположенные рядом с зимними, целесообразно объединить (совмещенные польдерные системы, СОПС) с общей насосной станцией.

На существующих польдерных системах при поддержании оптимального водного режима и соблюдении высокой агротехники получают хорошие урожаи зерновых и технических культур.

В некоторых случаях устраиваются комплексные польдерные системы в целях снижения капитальных затрат на строительство летних и повышения эффективности зимних польдеров.

Для предотвращения разрушения дамб обвалования летнего польдера в период интенсивного подъема воды в пойме, когда впускные сооружения не обеспечивают необходимой скорости подъема уровня воды внутри одамбированной площади, в теле дамб устраиваются специальные прорези (с пологими откосами шириной до 30 м и глубиной 0,30 м, через которые происходит перелив воды). В пиковый период половодья вода проходит по верху дамб обвалования летнего польдера и не создает большого форсированного подъема уровня в пойме.

При спаде уровня воды в пойме ниже гребня дамбы на 0,3-0,4 м закрываются впускные сооружения и открываются выпускные для сброса ее с чеков в придамбовый канал. Сброс можно производить одновременно из всех чеков в определенной последовательности с учетом выживаемости трав.

Польдерные системы обладают существенным преимуществом, так как с помощью насосных станций позволяют регулировать водный режим почвы, уменьшая или увеличивая сброс воды.

Наиболее широкое применение на практике проектирования и эксплуатации мелиоративных систем имеет метод водного баланса, который позволяет проводить оценки значений уровня грунтовых вод осушаемого массива с учетом речного стока или проводящими каналами польдерных систем.

Расчеты водного баланса по совокупности приходных и расходных потоков влаги в их динамике и взаимосвязи весьма сложны и трудоемки. Составляющие компоненты водного баланса выступают как случайные переменные величины, и могут быть как непрерывными функциями, так и дискретными, и их взаимозависимость не выражается однозначно в явном виде и является малоизученной, например, взаимосвязь между приходящими и уходящими потоками влаги на границах зоны аэрации и поверхностью грунтовых вод, что делает этот метод малопригодным для управления водным режимом осушаемых массивов в реальном масштабе времени.

Другой вид математических моделей мелиоративных систем, базирующихся на гидродинамических дифференциальных уравнениях, имеет два существенных недостатка и также не способствует построению методологии управления режимом увлажнения корнеобитаемого слоя почвы. Во-первых, невозможность увязки в единую математическую модель фрагментарного моделирования процессов переноса воды в проводящей сети и в осушаемом массиве без учета их взаимодействия. Во-вторых, отсутствие инструментария системного подхода при моделировании сложных инженерно-технических систем, включающего семантическую модель технологического процесса, использования теории направленного графа объекта, синтез разрешающей системы дифференциальных уравнений и т.д. [6]



2. Описание примеров ПТК «территория, на которой расположена польдерная система»

2.1 Нидерланды

Осушение земель началось в Нидерландах уже примерно с 1000 года, однако кроме этой страны, известной искусством своих гидротехников, существует еще десятка два других стран, в которых с успехом применяется сооружение плотин для использования прибрежных земель.

Исторические документы свидетельствуют о том, что еще в 1282 г. разбушевавшееся в очередной раз Северное море в нескольких местах прорвало дюны и, соединившись с оз. Флево, образовало обширный морской залив Зёйдерзе. Такое расширение береговой линии голландцы умело использовали. На берегу залива возник крупный порт Горн (Хорн), откуда направлялись в плавание многие экспедиции голландских мореходов. Но со временем морские наносы отрезали Горн от моря, и он потерял свое значение. (Заметим, что такая же судьба постигла бельгийский порт Брюгге, итальянский порт Адрия в устье р. По, некоторые другие морские порты) А недостаток жизненного пространства ощущался все сильнее. [7]

В середине XVI в. была изобретена ветряная мельница, которая могла перекачивать воду на более высокий уровень. Это событие явилось прорывом в борьбе человека со стихией. С тех пор люди могли проложить дамбу вокруг озера, откачать из него воду и начать культивировать землю. Первым крупным проектом стало осушение в 1612 г. озера Бемстер в Северной Голландии, площадь которого составляет 7020 га. С помощью 42 ветряков этого удалось достичь за четыре года. [8]

Но главным районом создания польдеров в Нидерландах было и остается озеро Эйсселмер, возникшее на месте залива Северного моря Зейдерзе.



Рисунок 2 - Виллем Марис «Коровы на нидерландском польдерном пейзаже» вторая половина XIX в.

Еще в конце XIX в. молодой инженер Корнелиус Лели выдвинул очень смелый по тем временам проект осушения залива Зёйдерзе.

В течение 11 лет он вел изыскания под свой проект и стал даже секретарем специальной Ассоциации. К. Лели предложил построить широкую защитную дамбу, соединяющую берега Фрисландии и северной Голландии. Эта дамба должна была оставить морю лишь небольшой залив Ваддензее, вся же основная часть Зейдерзе превращалась во внутреннее озеро Эйсселмер. Постепенно оно должно было опресниться и служить городам и промышленности как источник водоснабжения. Пополнять водные запасы Эйсселмера предназначалось впадавшей в озеро одноименной реке.

Следующий этап плана осушения Зейдерзе - строительство у берегов озера Эйсселмер пяти крупных польдеров общей площадью 2,2 тысяч км², что давало увеличение территории Нидерландов более чем на 6%. При этом наиболее плодородные земли предназначались для сельскохозяйственного освоения (овощеводство, цветоводство). Вначале этот проект Зейдерзе был встречен с недоверием, слишком трудоемкими и дорогими казались работы по его осуществлению. В то время нигде еще никто не строил плотин длиной в несколько десятков километров и не пытался отсечь от моря целый залив. Почти четверть века нидерландский парламент, прислушиваясь к мнению налогоплательщиков, отклонял вопрос о финансировании проекта.

Природа сама оказала нажим на общественное мнение - в 1916 г. на Нидерланды обрушилось катастрофическое наводнение с многометровым нагоном морской воды. Это была последняя «капля», добавившаяся ко всем предыдущим натискам моря, к серьезной нехватке сельскохозяйственных земель и продовольствия, особенно сильно проявившейся в суровые и голодные годы первой мировой войны.

Осуществление проекта началось в 20-х гг. XX в., причем под руководством того же К. Лели. Сначала была построена дамба, отделившая залив от акватории Северного моря и превратившая его в озеро Эйсселмер. Эта дамба, имеющая длину 32,5 км, занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самая большая морская дамба из всех существующих в мире.

На двух концах дамбы Афслёйтдейк расположены системы шлюзов для обеспечения судоходства и прокачки воды. Южный комплекс (в Дер-Увере) включает в себя судоходный Стевиншлюзен, а также три набора по 5 шлюзов для перекачки воды из Эйсселмера в Северное море. Северный комплекс (в Корнвердензанде) состоит двух наборов по 5 водоотводных шлюзов, а также из судоходного Лоренцшлюзен, названного в честь физика Хенрика Лоренца, который сделал расчёты приливных эффектов для постройки плотины. Периодическая перекачка воды из озера в море требуется из-за того, что Эйсселмер пополняется несколькими реками, в частности рекой Эйссел, а также для дренажа польдеров.

Затем в соответствии с проектом началось осушение озера Эйсселмер и создание пяти польдеров.

Первым, еще в конце 1920-х гг., был окультурен польдер Верингермер, где было создано более 500 ферм. (Однако в апреле 1945 г., перед самым окончанием войны, немецкие войска, чувствуя приближение капитуляции, взорвали защитную дамбу, и через 48 часов весь польдер скрылся под пятиметровым слоем воды. Восстановление его завершилось только через несколько лет) Несколько позже, в 1937-1942 годы, был построен северо-восточный польдер площадью 48 тысяч га с центром в Эммелорде. Его территория расположена на 4,5 м ниже уровня моря. Откачка воды осуществлялась тремя насосными станциями, на каждой из которых было установлено по 8 центробежных насосов с электродвигателями производительностью по 4 тыс. м³/ч.

Рисунок 3 - Хронология постройки польдеров

В 1950-1960-е гг. были созданы польдеры Восточный и Южный Флеволанд. И в наши дни продолжается работа на самом большом польдере - Маркервард. Общая площадь пяти польдеров превышает 220 тыс. га. Их абсолютно ровная поверхность, пересеченная многочисленными каналами, используется прежде всего для сельского хозяйства. Построены небольшие, но вполне современные городки. После создания Восточного и Южного Флеволанда на территории этих польдеров была образована новая, двенадцатая по счету, провинция страны - Флеволанд. А административным центром ее стал Лелистад («город Лели»). [9]

Рисунок 4 - Остатки старого причала на осушенной территории

Создание таких больших польдеров - дело исключительно сложное и трудоемкое. Сначала нужно отгородить часть озера высокой и прочной насыпью - дамбой. Затем насосами откачивается вода со всей территории польдера. Далее специальными машинами снимается и удаляется весь грунт, поскольку он засолен морской водой, и все пространство засыпается новой землей. Когда эти операции произведены, при помощи самолетов и вертолетов осуществляется посадка тростника и других культур, дренирующих и укрепляющих почву. Прокладываются также дренажные трубы. Пока идет формирование почвенных горизонтов, польдер находится в руках государства. И только лет через десять, когда к тому же будут построены дороги, здания ферм и небольшие поселки, уже ухоженная земля сдается в аренду фермерам. Видимо, это именно тот самый процесс, который получил в географии наименование «конструирование ландшафта». Примером может служить почти уже полностью осуществленный проект строительства в восточном Флеволанде большого нового города Лелистада с численностью населения 50 тысяч жителей.

Второе направление деятельности голландцев, связанное с обузданием морской стихии, заключается в борьбе с наводнениями. Оно также нашло выражение прежде всего в одном главном проекте, который получил наименование «Дельта-план». [10]

Уже первые годы эксплуатации северо-восточного польдера показали актуальность охраны окружающей прибрежной территории. Дело в том, что интенсивная откачка дренажных вод довольно быстро привела к переосушению почв на прилегающих землях. Понижение уровня подземных вод распространилось на несколько десятков километров прибрежной территории Фрисландии, высохли мелкие озера и реки, начала гибнуть растительность. Было принято решение, несмотря на значительное удорожание работ, строить польдеры в окружении обводных кольцевых каналов. Поэтому построенные вслед за северо-восточным польдеры южный и восточный Флеволанд к берегу уже не примыкали и были отделены от него каналом, разделенным системой шлюзов. Это позволило не только оперативно регулировать уровень подземных вод на прилегающих берегах, но и обеспечить водный транспорт новыми путями.

Другим отрицательным последствием осушения Зейдерзе оказалось ухудшение рыбного промысла. После постройки защитной дамбы, ликвидировавшей залив, до этого в буквальном смысле кишевший рыбой, многие рыболовецкие поселки опустели - ловить стало нечего. Особенно серьезная угроза нависла над знаменитым угрем, дававший немалый доход рыболовам.

Эти и другие вопросы охраны окружающей среды поставили под сомнение целесообразность осушения пятого польдера - Маркерварда, который начали уже было строить.

Кроме экологических, в новых условиях появились и другие новые соображения. Раньше экстенсивный характер земледелия требовал все больших и больших площадей. В последние десятилетия ХХ-го века в сельском хозяйстве произошла революция - оно пошло по пути интенсификации. Широкое применение удобрений, успехи селекции растений, создание мощной земледельческой техники дали возможность получить высокие урожаи даже с небольшой площади сельскохозяйственных угодий. Поэтому осушенные земли в Нидерландах все больше начали использовать не для сельского хозяйства, а для промышленной и жилой застройки, организации зон отдыха, транспортного, энергетического строительства и т.д.

2.2 Литва

Болота Жувинтас а и Амальваса образовались во впадинах, оставленных ледником более 10 тысяч лет. До 60х годов ХХ века они покрывали более 10 000 га. Местное население рыбачило на мелководье, собирало ягоды и использовало болотные низины для выпаса скота. Сельское хозяйство было слабо развито из-за высокого уровня воды. Увеличение интенсивности сельского хозяйства в последние 6-8 десятилетий прошлого века привели к проведению масштабных мелиоративных работ в бассейне реки Довине, которая сильно изменила ландшафт.

В течение 60-80х годов прошлого века гидрология территории сильно изменилась по причине масштабных мелиоративных работ. Болота Амальваса были подвержены человеческому влиянию в большей степени, чем в Жувинтасе. Осушение было проведено на территории площадью 2160 га, то есть более половины общей площади.



Рисунок 5 - Затопленные пойменные низменности, осенью 2012

В северной части болот Амальваса был создан зимний польдер (площадью 638 га) с покосами и пастбищами. Уровень подземных вод в польдере был понижен более чем на 2 м, что повиляло на уровень воды в соседних болотах.

Южная часть территории (раннее занятая болотными кустарниками) площадью около 1520 га была пересечена осушительными каналами. Примерно половина их находится в частном владении и используются в качестве лесных угодий. Уровень воды поддерживается на отметке 0,6 м от уровня моря.

Для того чтобы остановить приток воды из остатков болот Амальваса на новые сельскохозяйственные территории на юго-востоке были построены дамба и шлюзные ворота. Дамбы направляют весенние воды к шлюзовым воротам, что не предотвращает утечку воды из более глубоких слоев болота в осушительный канал глубиной 4 м, что приводит к осушению соседних болот и осадке торфа. [11]



Рисунок 6 - Граница между болотом и территорией осушенной для сельского хозяйства

Осушительный канал существует также на западной границе болот Амальвы. Защитная дамба предотвращает утечку воды во время весеннего половодья. Утечки воды не оказывают существенного влияния, поскольку каналы в основном проходят через болотный торф и минеральные почвы.

До зарегулирования основная часть реки расширялась на торфяных низинах, и ширина поймы достигала 0,6 км. После зарегулирования средняя ширина колеблется от 4 до 7 м и только небольшие участки затапливаются в период максимальных попусков.

Северная часть пойменных лугов Жувинтаса была осушена, чтобы позволить земледелие. Была сооружена защитная дамба, но она не могла предотвратить инфильтрацию и дренаж вод. Несколько осушительных каналов было прорыто непосредственно в болоте, чтобы улучшить транспортировку поверхностных стоков.

Меллиоративные работы также затронули Жувинтас. Два осушительных канала (общей длинной 5 км, средней глубиной 1,5-2 м, шириной - 5 - 7 м) на юге и один (длинной 0,5 км, шириной 4-6 м, глубиной 1-1,5 м) на севере впадает в болото, находящееся на возвышенности.

Вся северная часть болот Жувинтаса была осушена и уровень понизился достаточно, чтобы позволить земледелие. Защитная дамба была сооружена на северной границе болот с целью сдерживания весеннего половодья, но утечки встречаются в местах, где канал пересекает торфяники.

Для превращения Жувинтаса в накопительный резервуар на выходе из озера были установлены шлюзные ворота.

Часть осушенной территории оказалась непригодна для активного земледелия и лесного хозяйства и сейчас они зарастают деревьями и кустарниками.

Использование осушительной сети требует крупных ресурсных затрат, что делает эксплуатацию определенных осушенных территорий невозможным с экономической точки зрения.

Минерализация и сжатие сухого торфа на открытом воздухе ускоряется. С тех пор как началось осушение болот Амальваса в зависимости от условий ежегодно исчезало от 1 до 5 см торфа.

Процесс минерализации также сказался на выбросах парниковых газов (в основном СО₂ и N₂O). По предварительным расчетам около 15 тысяч тонн диоксида углерода ежегодно образуется на осушенных участках болот Амальваса.

На осушенных болотах периодически возникают пожары (особенно сильные в 1983 и 2002).

Гидрологические перемены вызвали ухудшение всех болот и болотных лесов (площадью около 1600 га). Примерно 1200 га естественной среды ещё может восстановиться. Зарастание деревьями плохо сказывается на некоторых видах птиц, которым необходимы большие открытые пространства.

Изменения в Жувинтасе не столь радикальны. Замечено повышение интенсивности роста деревьев на 8% на расстоянии 200 м от каналов, но влияние поверхностного осушения шире. Заболоченные участки начали появляться на расстоянии 200 - 400 м от канала, и становятся обычным явлением на расстоянии в 500 м.

За последние 24 года произошло уменьшение открытых болот на 150 га, в связи с наступлением деревьев. Наблюдаются количественные и качественные изменения мохового покрова. Олиго-мезотрофные воды с бентосными водорослями представляют собой нежелательно явление. Площади покрытые харой уменьшаются, что снижает количество источников питания водяных птиц. [12]

Изменения в среде обитания сказываются на животных. Количество особей видов обитающих на открытых пространствах болота сокращаются. [13]

2.3 Белоруссия

Для защиты осушаемой территории от затопления летне-осенними паводками и сокращения длительности весенних затоплений до сроков, выдерживаемых возделываемыми культурами, разработаны ПОПЛ «БелНИИМиЛ» конструкции весенних польдеров. Земли весенних польдеров рекомендуется использовать исключительно под многолетние травы, такие как двукисточник тростниковидный, мятлик луговой, кострец безостый.

Конструкция весеннего польдера включает оградительные дамбы, насосную станцию, регулирующую и проводящую сеть каналов, подпорные и переездные сооружения, дороги, природоохранные элементы. Функцию защиты от летне-осенних паводков и сокращение длительности весеннего затопления выполняют два основных сооружения: оградительная дамба и насосная станция.

Сокращение длительности весеннего затопления требуется только в многоводные, с продолжительным стоянием уровней воды на пойме, годы. Весенний режим поверхностных вод на весеннем польдере включает затопление территории, пропуск через неё и оградительные дамбы части расходов воды реки, ускоренный сброс с площади объекта внутренних поверхностных вод.

Высота оградительных дамб назначается не ниже, чем это требуется из условия защиты от летне-осенних паводков, но может быть выше, если это необходимо из условия сокращения длительности затопления. По сравнению с высотой дамб не затапливаемых (зимних) польдеров, дамбы весенних ниже в 2-3 раза.

Сокращение длительности затопления осуществляется откачкой воды с польдера после выхода из-под воды гребней внешних ограждений. Расход откачки насосной станции подбирается так, чтобы скорость снижения уровней внутри польдера превышала естественный спад горизонтов воды вне его. При этом в итоге длительность затопления поверхности польдера не должна превысить допустимую для принятой травосмеси. Производительность насосных станций весенних польдеров в 2,5-3,5 раза выше, чем незатапливаемых.

Применение весенних польдеров позволяет повысить урожайность трав, улучшить их качество, механизировать все технологические процессы, производить регулирование водного режима почвы.

Вместе с этим, эксплуатация затапливаемых польдеров сложнее, чем незатапливаемых. На них дополнительно требуется проведение работ по пропуску весенних половодий, откачке поверхностной воды, ремонту оградительных дамб, очистке каналов и поверхности почвы после весенних половодий. Наибольшей опасности размыву подвергаются оградительные дамбы в период перелива через них воды, особенно в первые годы, после строительства, когда их гребни и откосы недостаточно укреплены дерниной



Рисунок 7 - Размыв продольной дамбы затапливаемого польдера «Загорье» Чечерского района.

Весенние польдеры нуждаются в повышенном экологическом внимании. В периоды затопления вместе с водой на них заходят различные виды рыб. При откачке воды рыба может попадать во всасывающую трубу и повреждаться. В этой связи весенние польдеры оборудуются рыбозаградительными сетками, в устьях магистральных каналов устраиваются рыбонакопители.

На стадии проектирования защиты территории от затопления встречаются случаи, когда оградительные дамбы требуется располагать близко от русла реки. При устройстве этих дамб незатапливаемыми, т.е. осушении территории зимним польдером, возникает значительное стеснение потока и нежелательный подъём уровней в реке при весеннем половодье.

Снижение уровня в реке можно достичь отнесением трассы дамбы не затапливаемого польдера дальше от реки, а на освободившейся территории устроить весенний польдер. Это позволяет сохранить площадь мелиорации сельскохозяйственных угодий и обеспечить пропуск весенних половодий через затапливаемый польдер и незащищённую территорию при более низких горизонтах. В таком техническом решении затапливаемый весенний и не затапливаемый зимний польдеры устраиваются как единая система (совмещённый польдер) с общей насосной станцией, которая будет иметь более равномерную нагрузку, откачивая воду сначала с не затапливаемого, а затем с затапливаемого польдеров. Устройство общей насосной станции снижает объём требуемых капитальных затрат на строительство.

В настоящее время весенние польдеры построены в Белорусском Полесье на площади около 15 тыс. га («Ракитно», «Кривичи» в пойме реки Припяти, «Жук-1», «Жук-2», «Иванисовка», «Твердовка» в пойме реки Ясельды и др.). [14]

2.4 Латвия

За последние сто лет наиболее частыми видами наводнений на территории Латвии были разливы рек и озер во время весеннего снеготаянья. Прибрежные города находились в зоне повышенного риска, поскольку разливу рек часто способствовало влияние моря: штормовые волны, ледяной покров в бухте, или скопления льда на побережье. В список городов находящихся в зоне повышенного риска входят Рига, Царникава, Вентспилс, и Лиепая. В результате штормов даже центральные районы Латвии подвергаются опасным разливам реки Лиелупе вплоть до Елгавы.

Значительная территория нескольких латвийских городов находятся в зоне риска. Елгава и Царникава имеют застроенные площади, где возможно затопление. Часть Вентспилса может подвергнуться заболачиванию, когда уровень воды в реке Вента поднимается. Лиепая также подвержена опасности, когда уровень грунтовых вод поднимается или возрастает давление на глубине моря. В будущем, глобальный подъём уровня моря может повысить вероятность затопления прибрежных городов. Некоторые внутренние территории периодически подвергаются затоплению. Самым крупным из них является озеро Лубан на юго-востоке Латвии, оно ежегодно выходит из берегов, потому что вытекающие из него реки не способны полностью пропускать через себя половодье. Уровень опасности известен, но небольшой экономический ущерб все-таки происходит.

В течение советского периода в Латвии для регулировки водного режима и борьбы с затоплениями были проведены различные работы: прорыты каналы, построены дамбы и водохранилища, сооружены системы польдеров с насосами, работающими круглый год, проведены мероприятия по существенному уменьшению ледяного покрова перегораживающего устье реки. В этот период вероятность непредсказуемых наводнений была крайне мала. Эксплуатация системы (включая осушительную сеть) была достаточно дорогой и обходилась примерно 5-7% годового ВВП. Сегодня, системы находятся в состоянии запустения, поэтому территории подвержены риску затопления и со временем вероятность угрозы только увеличивается. Вложения в инфраструктуру уменьшаются, прибрежный слой льда теперь увеличивается, борьба с наводнениями потеряла прежний приоритет. [15]

Павасаро-Одиновский польдер представляет собой открытую территорию длинной 3,5 км и 2 км шириной, расположенную на левом берегу реки Лилуп между деревней Павасары и фермой Одины Польдер был спроектирован в советский период и интенсивно использовался для улучшения сельского хозяйства. Сегодня, он постепенно зарастает кустарником, но, несмотря на это является одним из крупнейших мест обитания дергачей (коростелей). Гравийная дорога пересекает польдер с севера на юг и это прекрасное место для того, чтобы услышать песни дергачей. Кроме того в этом районе гнездятся около 9% мировой популяции черных аистов и 12% малых подорликов.

На территории Одино-Павасарского польдера несколько огородов и около 300 человек получили землю по наследству или в качестве компенсации от администрации Саласа. Отсутствие у населения интереса к сельскому хозяйству объясняется экономической невыгодностью отрасли. Генеральный план состоит в застройке Одини-Павасарского польдера. В соответствии с государственным планом польдерные земли следует считать важными сельскохозяйственными участками и зонами речной эрозии с большой вероятностью затопления.

Региональный Сельскохозяйственный отдел министерства сельского хозяйства обслуживает и ведёт наблюдение за польдером. Вложения в польдер минимальны, поэтому уровень воды поддерживается на уровне 1 м, но в соответствии с нормами эксплуатации уровень должен составлять 2 м. Дренажные трубы постоянно находятся под водой, что сокращает срок службы. Земли сейчас не используется для сельского хозяйства. Расходы на эксплуатацию польдеров (на высоте 1 м) составляют около 5000 латвийских латов в год. В случае разработки норм эксплуатации расходы возрастут на 25%, не считая необходимых издержек на обновление. Подобный подход будет использоваться на первых порах, пока местные власти отказываются сами обслуживать польдеры, а частные собственники не имеют достаточных средств. После обустройства земли под свои нужды министерство сельского хозяйства больше не будет поддерживать работу польдеров.

Рисунок 8 - Павасаро-Одиновский польдер



Лучшим решением будет использовать польдеры в качестве сельскохозяйственных угодий, поскольку:

- сельскохозяйственные земли являются местом обитания многих редких видов птиц;

- фермерам, работающим на польдерах даются большие льготы. [16]

Таблица 1 - Мероприятия направленные на повышение эффективности польдеров в Латвии

Административные	Должны быть идентифицированы землевладельцы. Необходимо выкупить земли у частных владельцев по повышенной цене. Детально разработать и описать механизм компенсаций для поощрения экологически стабильного сельского хозяйства.
Землеустройство	Разработать проект для 3 км рек Слемп и Скудрупайт к северу от места впадения в канал и оценить влияние на окружающую среду
Информационные	Частные владельцы должны быть поставлены в известность о природных ценностях, которые имеются на принадлежащих им территориях и с помощью руководства национального парка должен быть определен особый режим для различных территорий. Провести обучение землевладельцев и управляющих основам экологического сельского хозяйства.
Управление естественной средой	Болотные местности должны быть покошены, как минимум раз в два года не позже 1 июля. Рекомендуется оставлять слой растительности высотой 10 см. Рекомендуется также производить выпас скота.
Мониторинг	Наблюдение за плотностью и высотой растительности. Наблюдение за интенсивностью гнездования коростелей.

Из рассмотренных примеров видно, что все виды ПТК имеют сходный состав инженерных сооружений, в который входит: дамба, насосная станция и каналы. В тоже время во всех примерах есть отличия, которые в основном продиктованы функциональными различиями и местом расположения польдерных систем.



3. Оценка воздействия польдерных систем на окружающую среду

ОВОС был выполнен по основным компонентам окружающей среды: поверхностные и подземные воды, живые организмы, литосфера и атмосфера.

3.1 Поверхностные и подземные воды

В результате антропогенного воздействия и изменения естественных режимов водотоков и водоёмов, происходит изменение геологической среды, нарушение стоковых характеристик поверхностных и подземных вод. Возникает большое количество водных экосистем, как природного, так и искусственного происхождения, в различной степени нарушенных в результате хозяйственной деятельности приводят к развитию вторичных природно-техногенных процессов (вторичное заболачивание, подтопление грунтовыми водами, разубоживание почв и пр.).

Возможна неблагоприятная паводковая обстановка в весенний период в период ледохода, вызванная таянием снега и дождевыми атмосферными осадками, что создает условия для подтопления польдерных земель.

Интенсивная откачка дренажных вод довольно быстро приводит к переосушению почв на прилегающих землях. Понижение уровня подземных вод распространяется на большие территории, в результате чего происходит пересыхание мелких озер и рек, начала гибнуть растительность.

Активно развиваются процессы подтопления и заболачивания земель. Земли сельскохозяйственного назначения, населённых пунктов, частично - лесного фонда обустроены осушительным дренажом. Рекультивация нарушенных земель осуществляется крайне медленно. В настоящее время отсутствие полноценного систематического мониторинга не позволяет получать достоверную информацию о состоянии земель.

Паводковые явления и подтапливание территорий на польдерных землях могут возникать также под воздействием нагонных ветров.

Практика показала, что загрязнение вод на землях сельскохозяйственного использования идет, в основном, за счет поверхностного стока и зависит от его величины и количества внесенных удобрений. Агрономическими опытами установлено, что в воде водоемов обнаруживается до 3-6% фосфора и 10-30% азота и многих микроэлементов, внесенных на поля с удобрениями. Установлено, что в таких экосистемах, как польдеры, поверхностным и грунтовым стоками выносится свыше 20% внесенных удобрений.

Вследствие этого, на территории населённых пунктов развивается процесс подтопления грунтовыми водами, что требует проведения инженерных мероприятий по защите фундаментов зданий и сооружений воздействия подземных вод.

3.2 Живые организмы

Часто по причине осушения больших территорий начинает гибнуть растительность.

Изменения в среде обитания сказываются на животных. Зарастание деревьями осушенных территорий плохо сказывается на некоторых видах птиц, которым необходимы большие открытые пространства. Происходит ухудшение рыбного промысла.

Из-за пересыхания болот площади, покрытые харой и прочих водорослей, уменьшаются, что снижает количество источников питания водяных птиц.

В периоды затопления весенних польдеров вместе с водой на них заходят различные виды рыб. При откачке воды рыба может попадать во всасывающую трубу и повреждаться. В этой связи польдеры оборудуются рыбозаградительными сетками, в устьях магистральных каналов устраиваются рыбонакопители.

3.3 Литосфера

Минерализация и сжатие сухого торфа на открытом воздухе ускоряется.

3.4 Атмосфера

Процесс минерализации также сказывается на выбросах парниковых газов (в основном СО2 и N2O). [17,18]

Результаты ОВОС показали, что наибольшее влияние ПТК оказывает на водный режим, гидрогеологическое состояние местности и живых организмов, обитающих на этой территории. Присутствует также влияние оказываемое на атмосферу и непосредственно на литосферу, но эти факторы значительно ниже.



4. Подробный анализ состояния польдерных систем в Калининградской области

4.1 Расположение ПТК

Крупнейшие польдерные системы находятся в относительной близости от крупных городов. Первые в двенадцати километрах от Калининграда, на трассе Калининград-Черняховск, в поселке Ушаково, Гурьевского района. Вторые находятся примерно в 140 км от Калининграда.

В Калиниградской области сохранилось буквально несколько удивительнейших и ценнейших уголков с насаждениями интродуцентов, то есть редких видов деревьев, в основном выходцев из Канады и Северной Америки. И один из них находится в нашем районе - в Большаковском лесничестве. Здесь растут деревья, которых не встретишь ни в одном другом лесу, это пихта белая, сосна дугласа, дуб красный, дуб элитный черешчатый, клен канадский, туя гигантская, а также береза, вид которой ученые не могут определить до сих пор, это дерево - настоящая загадка природы. Маленькому заповеднику лесных чудес в среднем примерно 90 лет, старше в нем лишь дубы - им по 120-140 лет. Все деревья в этой роще имеют индивидуальные номера и находятся под особой охраной. Как утверждают специалисты, этот удивительный уголок редчайших видов деревьев - все, что осталось сегодня от опытно-показательного немецкого лесничества «Вильгельм-Брутто».

Для охраны от исчезновения редких видов растений и животных, сохранения в первоначальном виде уникальных природных комплексов в районе создано три природоохранных государственных заказника: «Дюнное», «Громовский» и «Заповедное», общей площадью 54,6 тысячи гектаров. Под их охраной сегодня находится 44 вида редких растений, уцелевших лишь в отдельных местах, из которых 34 на грани исчезновения. Численность еще 16 видов за последние годы резко сократилась. Лишь в глухих, труднодоступных для человека местах можно еще встретить в районе таких редких птиц, как орлан-белохвост, черный аист, филин, журавль, зимородок. Нуждаются сегодня в охране и заботе человека и редкие виды рыб: морская минога, кунжа, лосось.

Климат района обусловлен близостью Балтийского моря и характеризуется как переходный от умеренно-континентального к морскому. Формируется под влиянием циклонов с Атлантики и антициклонов с европейского материка. Теплые атлантические воздушные массы в холодное (зимнее) время года вызывают потепление погоды, приносят оттепели и дожди. В теплую половину года вторжение морских масс обуславливает пасмурную и прохладную погоду, часто с дождями, грозами и градом. Антициклоны арктических и материковых масс приносят весной и осенью заморозки, резкие похолодания зимой, а летом сухую и жаркую погоду. В течение года преобладает вынос морских воздушных масс, под влиянием которых на территории района складывается своеобразный мягкий климат с прохладным пасмурным летом и относительно теплой зимой.

Территория района относится к зоне избыточного увлажнения. Среднее количество выпадающих за год осадков равно 700 мм, колебания по годам составляют от 100 до 150 мм, и в отдельные годы достигают 800 - 1000 мм. По сезонам года осадки распределяются неравномерно: в среднем на лето приходится до 40%, на осень - 27-30%, на весну и зиму - по 15% от их общего количества. Среднее количество дней с осадками за год колеблется от 200 до 240, а в отдельные годы достигает 282 дней. Наиболее устойчивый снежный покров обычно бывает в течение декабря и января, менее устойчивый - в феврале и марте, в октябре, ноябре и апреле он наблюдается очень редко и непродолжительное время. Ледяной покров на реках держится, как правило, от середины декабря до марта. Безморозный период (с конца апреля и до начала ноября) составляет 160-190 дней в году.

В течение года преобладающими ветрами являются южные и юго-западные, с большой повторяемостью их в зимние и осенние месяцы года. Довольно частыми летом являются северные и северо-западные ветры. Средняя годовая скорость ветра ровна 3,8 м/с, с колебаниями от 1,6 до 6,1 м/с в летние месяцы и от 2,7 до 7,4 м/с в зимние месяцы. В весенне-осенние месяцы периодически повторяются сильные шквальные ветры, скорость которых достигает от 15 и более метров в секунду.

Наиболее вероятные стихийные бедствия - наводнения, ураганные ветры и лесные и торфяные пожары. [19]

Температура воды в Балтийском море за прошедшие сто лет поднялась на 0,7-1 ⁰С; дальнейшее потепление ставит под угрозу всю экосистему Балтийского моря.

Повышение температуры морской воды в Балтике на 2-4 ⁰С губительно повлияет на всю морскую флору и фауну, от бактерий до рыб.

Ледовое покрытие Балтийского моря уменьшится на 50-80%, что пойдёт на пользу судоходству, но повредит животным, которым нужен лёд.

При существующих тенденциях, температура воздуха в Швеции, Финляндии и на северо-западе России к 2100 году повысится на 4-6 ⁰С, в Польше и на севере Германии - на 3-5 ⁰С.

Количество осадков зимой может возрасти на 25-45%, а летом в некоторых регионах - сократиться на 45%, что может означать засухи на южном побережье Балтики.

Десять лет назад на Балтике случался 1 экстремальный шторм в 10-15 лет, теперь случается 1-2 в год.

Межправительственная комиссия по изменению климата (МГЭИК) предсказывает к 2100 году повышение уровня Балтийского моря на 20-60 см, что может привести к затоплению обширных прибрежных территорий Калининградской области.

В результате «разбалансировки» климатической системы в Калининградской области станет больше шквальных ветров, погода будет мокрой, ломаной: две недели на 7 ⁰С теплее нормы, другие две недели - на семь градусов холоднее. Неожиданно налетают штормы, начинается засуха или сильные заморозки.

Самый худший сценарий: к концу века в регионе сложится иной климат: очень сырой, промозгло-холодный. Зима станет теплее - в среднем, +5 ⁰С, но будут лить дожди. Сезоны сдвинутся: зима начинается в феврале и захватывает часть весны. Два последних месяца лета могут быть по-осеннему холодными, зато в мае царит жара. [20]