Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

зоны несколько больше, чем с незаболоченных территорий, но раз­ личия невелики и находятся в пределах точности современных ме­ тодов определения и расчетов этой величины. Южнее расход на ис­ парение с болот заметно превышает испарение с незаболоченных пространств.

По сравнению с озерами величина испарения с верховых и низинных болот лесной зоны меньше: для верховых микроландшаф­ тов на 35—50%, для низинных на 30—40%• Это соотношение изме­ няется в течение лета: в первую половину испарение как с верхо­ вых, так и с низинных болот значительно больше, чем с озер, а на­ чиная с августа меньше, что объясняется как различием тепловых свойств торфяной массы и воды и различием теплообмена болота и озера, так и повышенной транспирацией растительного покрова болота в первой половине лета. Резкое снижение испарения с болот во вторую половину лета связано с понижением уровня грунтовых вод. Расчет испарения с болот в настоящее время осуществляется по разработанной в ГГИ формуле

§ 213. Движение воды в болотах

Количество воды, содержащееся в естественных болотных масси­ вах, колеблется от 87 до 97% по отношению к весу торфяной массы. Из этого количества преобладающая часть ее находится в связан­ ном состоянии в виде внутриклеточной, адсорбированной, химиче­ ски связанной и капиллярной влаги. Свободная вода заключена в крупных капиллярах и некапиллярных порах и пустотах торфа. Кроме того, она сосредоточена в руслах болотных ручьев и речек, озерках, топях, внутризалежных водяных линзах и водных прослой­ ках в торфе.

Движение воды осуществляется в основном путем фильтрации в растительном очесе и в торфяной залежи в направлении гради­ ента напора либо путем свободных потоков по поверхности болота и внутри залежи по водоносным жилам. Болотный массив в отноше­ нии водопроницаемости представляет собой крайне неоднородную среду. Верхний его слой, сложенный живым растительным покровом и моховым очесом, обладает очень высокой водопроводимостью по сравнению с водопроводимостью основной массы торфяной за­ лежи, особенно ее нижних горизонтов. Экспериментальными иссле­ дованиями установлено, что в слое толщиной 1 —1,2 м коэффициент фильтрации уменьшается с глубиной в тысячи и десятки тысяч раз. Особенно резкие изменения коэффициента фильтрации происходят в слое до 40 см от поверхности мохового покрова (рис. 149). Быст­ рое убывание водопроницаемости с глубиной в этом слое связано с уплотнением и различной степенью разложения растительных

остатков, что приводит к уменьшению размера пор. В сильно разло­ женных торфах (до 55—65%) коэффициент фильтрации падает до миллионных долей сантиметра в секунду. Таким образом, торф с высокой степенью разложения по условиям водопроводимости приближается к глинам. Водопроводимость торфа меняется и от бо­ танического состава.

В верхних слоях болотного массива, примерно до глубины 0,8— ] м, влажность торфа периодически меняется в связи с колеба­ ниями в этом слое уровня грунтовых вод. Периодическая аэрация верхнего слоя обусловливает в нем высокую активность биологиче­ ских процессов. Это дало основание выделить верхний слой болота

воздуха и отсутствием аэробных микроорганизмов, способствующих образованию торфа. Границей между активным и инертным слоями служит среднее положение минимального уровня грунтовых вод в болотном массиве.

Высокая водопроводимость активного слоя болота по сравнению с инертным слоем обусловливает его особую роль в гидрологических процессах. Вследствие больших величин коэффициента фильтрации в активном слое выпадающие на болото дожди не задерживаются на поверхности, а быстро просачиваются до уровня грунтовых вод. Поэтому стекания воды по поверхности болот, как правило, не на­ блюдается. При большом количестве осадков и во время снеготая­ ния уровень грунтовых вод поднимается и стоит вблизи поверхно­ сти болота. В хорошо фильтрующих слоях очеса начинается боко­ вой подповерхностный сток.

Скорость фильтрации воды в болоте, согласно закону Дарси, определяется коэффициентом фильтрации и уклоном поверхности грунтовых вод. В условиях естественных болотных массивов уклоны поверхности грунтовых вод практически совпадают с уклонами по-

верхности болота. Величина их, как правило, незначительна: 0,0001 0,005 (исключая горные болота на склонах). Несмотря на малые уклоны, скорость горизонтальной фильтрации в самых верхних слоях болота достигает значительных величин (по данным К. Е. Иванова, до нескольких десятков и даже сотен метров в сутки). Скорость фильтрации в инертном слое составляет всего 1,7—1,7 • 10~4 см/сутки или максимум 6 м/год.

Таким образом, скорость горизонтального стекания воды с бо­ лотных массивов путем фильтрации определяется главным образом водопропускной способностью деятельного слоя. Количество воды, пропускаемое деятельным слоем, огромно. Полевые наблюдения и расчеты показывают, что весной за сутки стекает с выпуклых болот

следних отводятся в ручьи-водоприемники, вытекающие из болота (рис. 150). Если поверхность болотного массива вогнутая, движение воды в торфяной залежи направлено к центру.

§ 214. Основные закономерности колебаний уровней грунтовых вод

Грунтовые воды в болотных массивах залегают вблизи их по­ верхности. Зеркало грунтовых вод практически повторяет форму этой поверхности. В годовом ходе уровня верховых болот севера отчетливо выражены два максимума и два минимума. Первый, ве­ сенний максимум практически совпадает с максимальной интенсив­ ностью снеготаяния. Летом происходит снижение уровня за счет резкого увеличения испарения. Осенью уровень повышается вслед­ ствие сокращения испарения и увеличения осадков; зимой вновь наблюдается снижение уровня из-за прекращения атмосферного питания и фильтрации из деятельного слоя.

Средняя глубина залегания зеркала грунтовых вод меняется от 5 до 35—40 см. Уменьшение глубины залегания грунтовых вод проис­ ходит по мере уменьшения густоты и высоты древостоя, смены ку­ старничковой растительности травяной — в общем, по мере умень­

вод на болоте является то, что колебания уровня в различных точ­ ках болотного массива происходят практически синхронно, однако средний уровень и амплитуда колебания различны в отдельных микроландшафтах. Такой характер колебаний является следствием различных условий испарения с этих микроландшафтов и различ­ ной степенью уплотненности сухого вещества в деятельном слое.

Эти закономерности позволяют по составу растительности су­ дить о средних уровнях грунтовых вод и амплитуде колебаний их в различных частях болотных массивов.

§ 215. Влияние болот на речной сток

Вопрос о гидрологической роли болот, влиянии их на речной сток привлекал внимание многих исследователей. Еще совсем не­ давно высказывались разные мнения по этому вопросу. Обосно­ ванное решение этой проблемы стало возможным благодаря раз­ витию теоретических представлений о процессах, происходящих на болотах, подкрепленных специальными исследованиями на болот­ ных массивах.

При выяснении гидрологической роли болот и влияния их на сток рек следует исходить как из общих характерных гидрологиче­ ских свойств, присущих болотам вообще, так и из специфических особенностей, свойственных различным типам болот. Помимо этого, следует учитывать принадлежность болот к той или иной климати­ ческой зоне. В связи с этим на вопрос о гидрологической роли болот не может быть дан один общий ответ.

Общими свойствами, характерными для болот и оказывающими влияние на сток с них, являются: повышенная возможность испаре­ ния по сравнению с окружающими суходолами, сравнительно ма­ лый объем воды, участвующей во внутригодовом влагообороте, по отношению к общему количеству воды в болоте и плохая водоотдача в меженные периоды как следствие различий в водопропускной спо­ собности деятельного и инертного слоев торфяной залежи болотного массива. К специфическим особенностям болот различного типа, оказывающим влияние на формирование стока с них, относятся прежде всего источники питания, разные для различных типов бо­ лот, и содержание внутри болотных массивов свободных объемов воды (озера, мочажины).

Как указывалось, на моховых участках верховых болот весной снеговые воды не стекают по поверхности мерзлого слоя болот,