Сад и огород



Прогноз солевого баланса территорий нового орошения

Солевой баланс орошаемых территорий с затрудненным оттоком определяется в основном поступлением солей от грунтовых вод. Величина этого поступления вычисляется обычно как произведение концентрации солей в грунтовых водах на избыточный над инфильтрацией расход их на испарение и транспирацию. Такой расчет справедлив лишь в том редком случае, когда минерализация грунтовых вод или вообще не меняется по глубине, или изменяется в очень незначительной степени. Как правило, концентрация солей в грунтовых водах заметно изменяется по глубине. Особенно резко проявляются эти различия на территориях нового орошения с затрудненным оттоком грунтовых вод. В этих условиях определение поступления солей от грунтовых вод в значительной степени усложняется. Автору пришлось встретиться с такой задачей при изучении режима грунтовых вод на территории Нижне-Донской оросительной системы. Начатое здесь в 1952 г. орошение вызвало прогрессивный, из года в год, подъем уровня грунтовых вод. К 1955—1956 гг. их зеркало повсеместно поднялось в покровные суглинки. Подъем уровня происходил под преимущественным влиянием гидродинамического давления со стороны каналов и поливаемых участков. Такой характер подъема связан с низким коэффициентом земельного использования, частой перемежаемостью орошаемых и богарных земель и редкими нерегулярными поливами. Подъем уровня определил большие различия в химическом составе грунтовых вод по вертикали. Задача составления и прогноза солевого баланса усложнилась еще и тем, что мощность зоны аэрации прогрессивно уменьшалась. Определилась необходимость прогнозировать запас легкорастворимых солей не только в зоне аэрации, но и в толще определенной мощности, захватывающей на значительной части территории и водонасыщенные почво-грунты.
Для составления и прогноза солевого баланса территории Нижне-Донской оросительной системы автором проведено послойное опробование грунтовых вод и разработана методика обработки полученных материалов.
Методика и результаты послойного опробования, а также методика и результаты прогноза солевого баланса на примере Нижне-Донской оросительной системы и составляют предмет настоящей статьи.
1.            Изменение химического состава грунтовых вод по глубине
Послойное опробование проводилось посредством двойного пневматического тампона (рис. 1), который отжимался с помощью воздуха, нагнетаемого автомобильным насосом, и изолировал опробуемый интервал от находящихся выше и ниже его грунтовых вод. Скважины, диаметром в 70 мм, в которых проводилось опробование, бурились вручную комбинированным буром (ложка «Бура Розанова», штанги и поворотное устройство от «Бура геолога»). Благодаря такой конструкции, скорость бурения была высокой (20—30 пог. м в день) и на бурении был занят лишь один рабочий.
Опробование проводилось сверху вниз с опусканием тампона на забои скважины, которая после каждого отбора пробы заглублялась, в соответствии с принятым для него «шагом». Отбору проб предшествовала оттартовка двух-трех объемов в тампоне специальной желонкой (см. рис. 1), конструкция которой позволяла работать в тампоне и отбирать малые объемы воды.
Перед началом работ проводилась проверка тампона. Для этого на участке с относительно глубоким залеганием грунтовых вод проходилась скважина, глубина которой была меньше глубины до воды. В сухую скважину опускался тампон и отжимался. Затем в за-трубное пространство наливалась вода до появления ее у поверхности земли. Качество изоляции определялось временем между подливом в затрубное пространство и появлением воды в тампоне, а также скоростью поступления воды в тампон. Проверка применявшегося нами тампона показала, что, как правило, в течение часа в отжатый тампон вода не поступала совершенно.
Описанным способом на территории Нижне-Донской оросительной системы в 1956 г. было опробовано 16 участков. Опытные участки располагались на различных элементах рельефа, на землях орошаемых, богарных и целинных, засоленных и незасолеиных, рядом с уже имеющимися наблюдательными скважинами.
На всех без исключения участках опробования минерализация грунтовых вод уменьшалась с глубиной. При этом в большинстве случаев достаточно четко выделялась в верхних слоях грунтовых вод зона сравнительно высокоминерализованных вод, в пределах которой происходило резкое уменьшение концентрации с глубиной. Ниже этой зоны, которую можно назвать зоной метаморфизации химического состава грунтовых вод, концентрация уменьшалась уже в меньшей степени. Нижняя граница зоны метаморфизации или совпадала с контактом суглинков и нижележащих песков, или располагалась выше этого контакта, в толще суглинков.
В пределах зоны метаморфизации снижение минерализации происходи-ло за счет уменьшения концентрации всех ионов, за исключением гидрокарбонатного, концентрация которого или возрастала с глубиной, или же менялась в значительных пределах. Уменьшение концентрации иона НС03 отмечено лишь на двух участках. Связано это с тем, что только на этих участках ни грунты, ни грунтовые воды не содержали гипса, растворение которого, как известно, вызывает уменьшение концентрации иона НС03. Поэтому поднимающиеся грунтовые воды обогащались здесь наряду с другими солями (кроме гипса) и бикарбонатами Са, растворимость которых повышается с увеличением концентрации хлористого и, особенно, сернокислого натрия.
Изменение относительного содержания отдельных ионов в пределах зоны метаморфизации происходило более сложно. Направленность этих изменений на опробованных нами 16 участках иллюстрируется табл. 2.
Из приведенной табл. 2 видно, что с глубиной уменьшалось, как правило, относительное содержание сульфат-иона и иона магния и увеличивалось содержание иона натрия и гидрокарбонатного иона. Уменьшение с глубиной относительного содержания иона хлора, которое было отмечено на ряде опробованных участков, в условиях остаточного сульфатного засоления территории, когда в породах очень мало хлоридов, объясняется начавшимися процессами солонча-кообразования. Это известный случай обогащения верхнего слоя грунтовых вод хлоридами при инфильтрации зимних и весенних осадков через засоленные грунты, когда вследствие низкой температуры растворимость сульфата натрия понижается. Действительно, сопоставление изменения относительного содержания иона хлора с мелиоративным состоянием участка показало, что уменьшение его с глубиной было отмечено на засоленных или засолоняющихся участках. На участках, незасоленных, относительное содержание иона хлора в пределах зоны метаморфизации с глубиной увеличивалось.
Уменьшение содержания сульфатов с глубиной как абсолютное, так и относительное, закономерно. Объясняется оно сульфатным засолением территории и очень незначительным содержанием хлоридов в породах зоны подъема уровня грунтовых вод.
Относительное содержание кальция, который поступает в грунтовые воды в основном за счет растворения гипса, чаще всего почти не изменялось в пределах зоны метаморфизации.
Некоторое различие в характере изменения относительного содержания иона кальция по сравнению с сульфат-ионом, было связано, очевидно, с процессами катионного обмена, когда ионы кальция частично замещают в поглощенном комплексе породы ионы натрия и магния.
На ряде участков послойное опробование грунтовых вод выявило наличие верхнего опресненного слоя. Это происходит благодаря инфильтрации атмосферных осадков там, где условия микрорельефа способствуют скоплению талых вод (опытные работы проводились здесь в конце мая — начале июня, после богатых осадками зимы и весны). Мощность опресненного слоя была относительно небольшой. В наших исследованиях она изменялась от 0,4 до 0,8 м и определялась местоположением участка в рельефе. Повторные исследования на некоторых участках показали, что-в течение лета при неглубоком залегании грунтовых вод опресненный слой полностью расходуется на испарение и транспирацию. Так, повторное опробование на одном из участков в середине июля (первое опробование было проведено ЗО.У.—2.У1) показало, что опресненный слой в 0,8 м, бывший здесь ранее, снят испарением и транспирацией.
Полученные в процессе опытных работ данные по мощности зоны метаморфизации в верхнем слое грунтовых вод приведены в табл. 3. При этом верхний опресненный слой не учитывался. Анализ этой таблицы показывает, что на землях целинных и богарных, где подъем уровня вызывался главным образом распространением гидродинамического давления со стороны каналов и орошаемых участков, мощность зоны метаморфизации, как правило, была небольшой, и в среднем составляла 1,5 м. Лишь на двух участках, где подъем уровня с начала орошения составил 6 м и более, мощность зоны метаморфизации превысила 3,5 м и приблизилась к 4 м. Зона метаморфизации с аномально большой мощностью (2,95 м) была отмечена также на существовавшем еще до орошения солончаке.