Системы водопользования в гумидной зоне

Объект и предмет исследования. Мелиорируемые техногенно загрязненные почвы Рязанской области. Научное обоснование режимов мелиорации, обеспечивающих снижение техногенной нагрузки на агроландшафты и водные объекты. Разработка новых экологически безопасных технологий и технических решений водопотребления и водоотведения в гумидной зоне.
Цель исследований – обоснование и разработка научно-методических основ экологически безопасного и экономически эффективного функционирования водооборотных систем водопользования в гумидной зоне.
Значимость полученных результатов. Проведено обследование и дана экологическая оценка современного состояния и прогноз экологической ситуации мелиорируемых агроландшафтов гумидной зоны на примере Рязанской области. Определен региональный геохимический фон и разработана градация уровней загрязнения, которые положены в основу оценки степени загрязнения почв региона, и представлены в виде картосхем (рис. 1).
В результате проведения экологического аудирования разработаны основные положения экологических аспектов мелиоративной и хозяйственной деятельности и установлено, что валовое содержание цинка, свинца и кадмия превышает предельно допустимые значения в почве отдельных участков. Также разработаны технологии и методы по повышению экологической безопасности функционирования систем водопользования в гумидной зоне.

Рис.1. а) Схема загрязнения территории Рязанской области по средним показателям; б) Индуктивно-логический прогноз загрязнения по максимальным показателям
а)
б)
Zc – суммарный индекс загрязнения по Саету Ю.А.

Установлено, что расчет коэффициента водопотребления сельскохозяйственных культур, в условиях почвенного загрязнения ТМ, следует проводить по зависимости:
в формуле
– суммарный индекс загрязнения почвы тяжелыми металлами;
На основании этих зависимостей были проведены расчеты водопотребления полевых культур для различных уровней загрязнения почвы, а также расчет экономии воды и энергоресурсов (табл. 1).
Предложен ряд методов очистки воды, одним из которых является нами опробованный биологический канал (биоканал) (рис. 2).

Наблюдения за гидрохимическим режимом воды на входе и выходе биоканала показали, что общая концентрация загрязнителей в воде понижается на 30–70%. Биоканал по очистке воды дренажного стока может использован при проектировании и эксплуатации водооборотных мелиоративных систем как дополнительное технические сооружение. Адаптивная водооборотная мелиоративная система при этом может работать в трех уровнях: нормальном, допустимом и критическом. Для каждого уровня разработаны агротехнические мероприятия по обеспечению экологически безопасного функционирования систем (табл. 2).
На основании проведенных исследований на мелиоративных объектах Рязанской области и обобщения данных ранее проведенных исследований были разработаны «Рекомендации по повышению экологической безопасности систем водопользования в гумидной зоне», которые были внедрены в производство.
Внедрение природоохранных режимов и технологий в ЗАО «Московское» Рязанского района на площади 130 гектаров мелиорируемых сенокосов и пастбищ и в АОЗТ «Малинищи» Пронского района на площади 70 гектаров орошаемых лугов позволило увеличить продуктивность травостоя на 19–20% и получить экологически чистую продукцию.

Рис.2. Мелиоративный биоканал
а) Поперечный разрез биоканала:
в – ширина биоканала по дну; вм – ширина бермы при пропуске бытовых расходов (Qбыт); влоп – ширина бермы при пропуске летне-осенних дождевых паводков; hм – уровень воды в бытовой период; hлоп – уровень воды при пропуске летне-осенних дождевых паводков; hвес – уровень воды при пропуске весенего половодья; m1, m2, m3 – коэффициенты заложения откосов
б) Продольный разрез биоканала:
1 – дно биоканала; 2 – нижняя берма; 3 – верхняя берма; 4, 5 – откосы; 6 – бровка; 7, 8, 9, 10 – высшие водные растения; 11 – валик; 12 – уровень воды при пропуске Qбыт; 13 – уровень воды при пропуске Qл-ос.; 14 – максимальный расчетный уровень воды

Таблица 1. Расчет экономии воды и энергоресурсов при использовании параметров режима орошения с учетом загрязнения почвы тяжелыми металлами