Гидрологические аспекты изучения болот

Болото - участок земной поверхности, постоянно или большую часть года насыщенный водой и покрытый специфической болотной растительностью. Соответствующая экосистема характеризуется накоплением в верхних горизонтах субстрата мертвых неразложившихся растительных остатков, во временем превращающихся в торф.

Болота возникают при зарастании озер, в результате переувлажнения почвы, при неглубоком залегании грунтовых вод и т.д.

Различают верховые, низинные и переходные болота. По преобладающей растительности различают лесные, кустарничковые, травяные, моховые болота; по микрорельефу различают бугристые, плоские и выпуклые болота.

Болотные почвы - почвы, формирующиеся в условиях длительного или избыточного постоянного увлажнения (заболачивания) под влаголюбивой болотной растительностью. Обычно болотные почвы формируются в лесной зоне умеренных поясов. После осушения на болотных почвах выращивают сельскохозяйственные культуры, добывают торф. Болотные почвы распространены в РФ, Белоруссии, Украине, Канаде, США, Бразилии, Аргентине, Индонезии и др. Болотные почвы подразделяются на торфяные и торфяно-глеевые.

Болотные воды - воды, содержащиеся в болотах. Болотные воды обогащены природными органическими веществами.

Болотный массив - часть земной поверхности, занятая болотом, границы которой представляют замкнутый контур и проведены по линии нулевой глубины торфяной залежи.

Болотный микроландшафт - часть болотного массива, однородная по характеру растительного покрова, микрорельефу поверхности и водно-физическим свойствам деятельного горизонта и представленная одной растительной ассоциацией, группой близких по флористическому составу и структуре растительных ассоциаций или комплексом различных растительных ассоциаций, закономерно чередующихся в пространстве.

Болота по своим гидрологическим свойствам отличаются и от водоемов, и от суходолов, однако резкой границы между болотом и суходолом, а также между болотом и озером провести нельзя, как нельзя провести резкой границы между человеком среднего возраста и стариком - переход осуществляется постепенно. Гидрологически болото характеризуется двояко: это или озеро, но со связанной водой, или суша, но содержащая более 90% воды и менее 10% сухого вещества.

Эта двойственная природа болот вызывает интерес к ним специалистов многих научных дисциплин (болотоведов, геоботаников, почвоведов, геологов, гидрологов, гидрогеологов, географов, экологов, мелиораторов и др.). Этим же в основном и объясняется большое количество определений понятия «болото». Наиболее емкое из них и отражающее суть болотообразовательного процесса, следующее: «...болото есть растущий торфяник».

Его характеристики:

1) обильное застойное или слабопроточное увлажнение верхних горизонтов почвогрунтов;

2) специфическая болотная растительность с господством видов, приспособленных к условиям обильного увлажнения и недостатка кислорода в почвенном субстрате;

3) процесс накопления торфа и толщина отложившегося торфа такова, что живые корни основной массы растений не достигают подстилающего минерального грунта»

Болото рассматривается как своеобразный живой организм, который, пока происходит процесс торфонакопления, растет и развивается, увеличиваясь в размерах. Прекращается процесс торфонакопления, и болото «умирает», превращается в торфяник (месторождение торфа).

Процессы водообмена и физические закономерности движения воды на болотах изучает гидрология болот. Исследуются сток и испарения с болот, водный баланс болотных массивов, их водно-тепловой режим.

По характеру растительности, местоположению и режиму питания различают болота низинные (эвтрофные), верховые (олиготрофные) и переходные (мезотрофные).

Низинные болота обычно располагаются по долинам рек, берегам озер; к ним близко подходят грунтовые воды, богатые минеральными солями; растительность на них, как правило, богатая (разные виды осок, рогоз широколистный, тростник обыкновенный, белокрыльник болотный, зеленые мхи, ольха серая и другие виды).

Верховые болота на территории нашей страны по площади и запасам торфа преобладают над всеми другими типами болот (40% всех торфяных болот мира). На верховых болотах растительность отделена от почвы уже накопившимся слоем торфа; скудное минеральное питание она получает только с атмосферными осадками, причем осадки преобладают над испарением; вода удерживается и накапливается сфагновыми мхами; грунтовые воды располагаются близко к поверхности. Мощность торфяного слоя на верховом болоте может достигать 3-4 м и даже больше. Обычно по мере накопления торфа низинное болото постепенно превращается в верховое. При этом торфяная залежь растет медленно - в среднем на 1 мм в год.

Целый ряд промежуточных болотных форм, встречающихся в природе, получил общее название переходных болот.

Торфяная залежь болот разделяется на верхний (деятельный) и нижний (инертный) горизонты, различающиеся по водно-физическим свойствам. Высокая водопроводимость деятельного слоя обуславливает его особую роль во всех гидрологических процессах. Доля стока с верховых болот через деятельный горизонт составляет до 99% от общего стока. Именно в этом горизонте наиболее активно протекают процессы влаго- и теплообмена с окружающей средой, и в первую очередь с атмосферой. Поэтому так важно изучение водно-физических свойств именно этого горизонта.

Разработана классификация однородных по строению и генезису участков болот. Эти болотные микроландшафты однородны по характеру растительного покрова, микрорельефу поверхности, физическим свойствам верхних горизонтов торфяной залежи и водному режиму.

По характеру растительного покрова, отражающему условия среды обитания растений, можно судить об их водно-минеральном питании, уровне воды относительно поверхности болота и проточности, о тепловом режиме, что одновременно является характеристикой гидрологического режима данного болотного микроландшафта.

Водный и тепловой режимы болотных микроландшафтов хорошо коррелируют с метеорологическим режимом даже на прилегающих к ним суходолах. Поэтому по полученным на суходольных метеостанциях данным можно рассчитать уровень болотных вод, температуру торфяной залежи, теплопоток, промерзание, испарение и сток с болота.

В системе Гидрометеослужбы на болотных станциях и постах, расположенных в разных болотных зонах на естественных и осушенных массивах, ведутся стационарные наблюдения за:

- уровнями воды на внутриболотных озерах;

- стоком воды ручьев и рек, впадающих в болото и вытекающих из него;

- испарением с основных болотных микроландшафтов и внутриболотных озер;

- температурным режимом торфяной залежи;

- промерзанием и оттаиванием торфяной залежи в различных болотных микроландшафтах;

- осадками и снежным покровом;

- метеорологическим режимом болота и прилегающего к нему суходола;

- составляющими радиационного, теплового и водного балансов болота;

- химическим составом болотных вод;

- изменением болотных микроландшафтов под влиянием естественных процессов и антропогенного воздействия;

- колебанием поверхности болота.

На всех изучаемых массивах исследуются водно-физические свойства деятельного слоя торфяной залежи (коэффициенты фильтрации, водоотдачи и подъема уровня, капиллярные свойства, плотность сухого вещества). На осушенных для сельскохозяйственного использования болотах ведутся также агрометеорологические наблюдения и микроклиматические съемки.

Результаты, полученные при исследованиях обширных заболоченных территорий на основе ландшафтно-гидрологического подхода, распространяются на аналогичные микроландшафты неисследованных болотных массивов, в первую очередь в слабозаселенных и труднодоступных регионах, таких как Западная Сибирь.

Материалы исследований строения и режима заболоченных территорий послужили надежной основой для гидрологического обоснования проектов обустройства нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири.