Обоснование технологии восстановления лесных водосборов, нарушенных пожарами и сплошными рубками, в условиях Забайкалья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Филиппова, Елена Владимировна

• Филиппова, Елена Владимировна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Филиппова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ЗАЛЕСЕННОСТИ ВОДОСБОРА НА 8 СТОК И ЕГО КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ

1.1. Влияние залесенности на годовой сток

1.2. Влияние залесенности водосбора на многолетний сток

1.3. Влияние залесенности водосбора на модуль стока

1.4. Влияние залесенности водосбора на эрозионные процессы и 31 органолептические свойства воды

1.5. Влияние сплошных рубок и лесопожаров на качественный 35 состав вод водотоков-приемников

1.5.1. Изменение содержания азота в водотоках в результате 3 5 пожаров и сплошных рубок

1.5.2. Влияние содержания фосфора в речных водах за счет вырубки 38 лесов и обжига почвы

1.5.3. Изменение содержания кальция в стоке после пожаров

1.5.4. Изменение содержания магния в почвах после огневого 41 воздействия

1.6. Обоснование плана исследований на модельной территории 42 Забайкальского края

1.7. Учет водоохранно-защитной, водорегулирующей и 46 противоэрозионно-аккумулятивной роли лесов

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МОДЕЛЬНЫХ 61 УЧАСТКОВ ВОДОСБОРА

2.1. Климатические характеристики района исследований

2.2. Рельеф, геология и почвы

2.3. Характеристика лесной растительности

2.4. Исходные данные

2.5. Влияние осадков, температуры воздуха и расходов на динамику 75 залесенности бассейнов

ГЛАВА 3. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЛИЯНИЮ

ЗАЛЕСЕННОСТИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОТОКА И ПРЕДЛАГАЕМАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЮ

3.1. Подготовка и проведение полевых исследований

3.2. Анализ результатов исследований

3.3. Рекомендуемые дополнения к правилам проведения 98 лесовосстановительных работ на водосборах, подверженных пожарам

3.4. Технология производства водорегулирующих и защитных 104 лесных полос на горельнике и сплошных вырубках

3.5. Расчет удельных затрат при производстве 113 лесовосстановительных работ

3.6. Выводы по итогам исследования 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии восстановления лесных водосборов, нарушенных пожарами и сплошными рубками, в условиях Забайкалья»

Актуальность темы. Одним из важнейших компонентов региональной безопасности являются количественные и качественные характеристики стока, формирующего водотоки и водоемы, существенно влияющие на состояние окружающей среды и здоровье населения. Особенно важны в этом плане водотоки и водоемы, расположенные в лесных зонах и на залесенных территориях, которые составляют 760,5 млн. га по России, в т.ч. — 33,4 млн. га в Забайкальском крае. В последние годы здесь значительно увеличились площади, отводимые под лесозаготовки, участились несанкционированные рубки леса и лесные пожары. После пожаров и сплошных рубок, в том числе при ведении горнодобывающих работ, существенно меняются условия формирования поверхностного стока, усиливаются эрозионные процессы, из почв дождевыми и талыми водами вымываются загрязняющие вещества, которые попадают в водотоки и водоемы. Снижаются водоохранно-защитная, водорегулирующая и противоэрозионно-аккумулятивная роли лесов. Вместе с тем недостаточно изучены и не используются при выделении лесосек и в схемах лесовосстановления вопросы влияния региональных факторов на качественный состав стока с территорий, подверженных крупномасштабному сведению лесов. Учет региональных особенностей при разработке технологий и схем мероприятий по лесовосстановлению позволяет существенно повысить степень экологической безопасности природно-технических систем, что доказывает актуальность темы исследования.

Целью диссертационной работы являлось выявление зависимостей качественного состава рек-водоприемников от залесенности водосбора с учетом региональных природных особенностей Забайкалья, и обоснование на их основе технологии и схемы мероприятий по лесовосстановлению.

Основная идея работы заключается в определении основных региональных характеристик качественного состава стока с залесенной территории и их зависимости от сплошных рубок и лесопожаров, которые позволят разработать технологии и мероприятия по проведению лесовосста-новительных работ на водосборах с требуемым экологическим эффектом.

Объектом исследований являются лесные водосборы с разной залесенностью, расположенные в непосредственной близости друг от друга, находящиеся в ведении Территориального органа Государственной лесной службы Забайкальского края.

Предмет исследования. Качественные характеристики стока с модельных водосборов и способы их учета при разработке технологий и мероприятий по лесовосстановлению.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследований:

- изучить состояние вопроса о влиянии залесенности на сток малых рек;

- выбрать модельный водоток-приемник, наиболее удовлетворяющий целям исследования;

- изучить гидрологические характеристики водотока и определить их изменения в результате снижения залесенности водосбора;

- определить влияние залесенности водосбора на изменение качественных показателей водотока;

- определить влияние незалесенного водосбора на вынос загрязняющих веществ в модельный водоток;

- обосновать технологию и схему мероприятий по лесовосстановлению на горельниках и гарях с учетом выявленных региональных особенностей Забайкальского края.

Научная новизна. Впервые на основании многолетних данных по лесным пожарам и вырубкам на площадях водосборов и экспедиционного обследования модельного водотока в Забайкальском крае отслежено влияние залесенности на количественные и качественные показатели стока.

Практическая значимость. Результаты работы позволяют оценить влияние залесенности водотока на качественные показатели реки-водоприемника. Полученные данные могут быть использованы при отводе лесосек с учетом границ водосборов и при разработке схем и технических рекомендаций по лесовосстановлению и рекультивации нарушенных земель в Забайкальском крае. Предлагаемая методика может быть использована при разработке планов лесовосстановления на аналогичных территориях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международной конференции «Устойчивое развитие регионов: ситуации и перспективы» (г. Перес лавль-Залесский, 2008 г.), на Всероссийских конференциях «Вузовская наука — региону» (г. Вологда, 2007 г.), «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2007, 2008 гг.); на региональных конференциях «Забайкальский край» (г. Чита, 2008 г.), «Природные ресурсы - 2008» (г. Чита, 2008г.); ежегодных научных семинарах инженерно-экологического факультета ЧитГУ. Основные результаты работы размещены на сайте Комитета промышленности и природных ресурсов Забайкальского края (г. Чита, 2008 г.). По материалам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК для публикаций материалов диссертационных работ. Личный вклад автора состоит: в постановке целей и задач исследований; в разработке плана и выполнении натурных исследований; в камеральной обработке и анализе полученных результатов; в разработке предлагаемых технологий и планов технических мероприятий по лесовосстановлению, принятых к использованию в организациях лесной службы на территории Забайкальского края.

Достоверность научных положений обеспечена: использованием длительных рядов наблюдений; применением стандартных математических методов для обработки данных наблюдений; обработкой проб в аттестованной гидрохимической лаборатории при ЧитГУ;

- сходимостью экспериментальных данных с теоретическими гипотезами и данными других авторов.

Методы исследований. В основу работы положены аналитические методы исследований, корреляционный и факторный анализ. Исходными данными являются длительные ряды наблюдений за водными характеристиками водотока, результаты гидрохимических анализов, выполненных по стандартным методикам, собственные научные наблюдения автора и сопоставления их с данными других исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 138 страниц, в том числе 42 рисунка, 45 таблиц. Список литературы содержит 207 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Филиппова, Елена Владимировна

8. Результаты исследования приняты к внедрению на предпроектной стадии:

- Читинской экспедицией Прибайкальского филиала ФГУП

Рослесинфорг»;

- Краевым государственным учреждением «Ингодинский лес»;

- Верхне-Читинским отделом Государственной лесной службы Забайкальского края;

- «Кондинским» - филиалом Государственного учреждения Республики Бурятия «Авиационная и наземная охрана, использование, защита, воспроизводство лесов и ведение государственного лесного реестра»;

- в учебный процесс ГОУ ВПО «ЧитГУ».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании исследований, выполненных автором, содержится решение важной научно-технической задачи по защите водосборов малых рек от поступления загрязняющих веществ с поверхностными водами, сформировавшимися на незалесенных участках, ранее подверженных пожарам или вырубкам, с учетом региональных особенностей.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Средний годовой сток при увеличении залесенности водосбора существенно снижается. Это объясняется тем, что значительная часть поверхностного стока перехватывается, расходуется на пополнение запасов грунтовых вод и транспирацию. На следующий год после пожара транзитный поверхностный сток значительно увеличивается.

2. Леса сглаживают неравномерность питания рек по сезонам года, снижают максимальные многолетние расходы и увеличивают средне-меженные расходы. На залесенных водосборах таяние снега и стекание дождевых вод происходят за более продолжительный период.

3. В пределах рассматриваемого модельного водосбора наблюдается тенденция к снижению залесенности год от года. Лесные пожары, уменьшая залесенность водосбора, способствуют уплотнению почвогрунтов, увеличению поверхностного стока. Интенсивность эрозионных процессов возрастает, увеличивается поступление загрязняющих веществ в водные объекты.

4. С водосборной площади, подверженной пожару, на территории участка модельного бассейна в Забайкалье выносится значительно больше загрязняющих веществ. При этом характерными загрязняющими веществами являются взвешенные вещества, кальций, магний, нитраты, фосфаты, нитриты и фенолы.

5. Рекомендуется при производстве лесовосстановительных работ применять «полосный» метод. Особенно эффективно располагать лесополосы в верхней части бассейна. Преобладание насаждений из сосны или смешанных древостоев создадут условия для более равномерного стока во времени. Породы, слабо выполняющие водоохранную и противоэрозионно-аккумулятивную роль, в состав лесов вдоль рек вводить не следует (ель, осина).

6. Лесохозяйственные мероприятия необходимо планировать в границах элементарных водосборных бассейнов; равномерно распределять рубки по их площади, исключая сплошные вырубки леса по всей территории бассейна.

7. Разработан метод рекультивации лесных земель, при которой водорегулирующая роль лесов в большей степени будет проявляться при их расположении в верхней части бассейна, для защиты берегов реки от размыва и синхронизации поверхностного стока — вдоль русла рек узкой полосой, для стокорегулирующего почвозащитного значения - по овражно-балочным системам и на склонах. Для условий Забайкалья рекомендуемая ширина защитной лесополосы равна 60 м при межполосном пространстве 380 м. Согласно разработанным автором рекомендациям, леса будут равномерно размещены по территории бассейна, что позволит наилучшим образом регулировать поверхностный сток, эффективно бороться с эрозией почв и предотвращать попадание загрязняющих веществ в водотоки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Филиппова, Елена Владимировна, 2010 год

1. Арефьева З.Н. Влияние огня на некоторые биохимические процессы в лесных почвах //Почвы и гидрохимический режим лесов Урала. Свердловск: Институт биологии, 1963. Вып. 36. - С. 29-57.

2. Бабкин В.И. Исследование внутригодовой зарегулированности стока рек Белорусской ССР и Верхнего Поднепровья //Сборник по гидрологии. -Л.: Гидрометеоиздат. 1970. -№ 9. - С. 59-95.

3. Бобринев В.П. Экология лесных полос в Восточном Забайкалье. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1988. 159 с.

4. Бочков А.П. Влияние леса и агролесомелиоративных мероприятий на водность рек и малых водотоков //Доклады советских ученых на Международном симпозиуме по влиянию леса на внешнюю среду. T.l.-М.: ВНИИЛХ, 1970.-С. 99-116.

5. Бочков А.П. Влияние леса и агролесомелиоративных мероприятий на водность рек лесостепной зоны европейской части СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1954. 136 с.

6. Братцев С.А. Гидрологическая роль леса в условиях КОМИ АССР // Известия АН СССР. Серия географическая. 1979. - № 6. - С. 45-56.

7. Будыко С.Х. О влиянии леса на водный режим рек//Научные работы института леса АН БССР. 1956. - Вып. 7. - С. 80-95.

8. Булавко А.Г. Водный баланс речных водосборов. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 304 с.

9. Вербейко И.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.с.н. (06.03.03). Оценка влияния сплошных рубок на вынос биогенных элементов с малых лесных водосборов (на примере Карельского перешейка). СПб., 2003.

10. Виноградов Г.К. Технология лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1984. 296 с.

11. Водогрецкий В.Е. Влияние агролесомелиораций на годовой сток. JL: Гидромеиеоиздат, 1979. 184 с.

12. Водосбор. Управление водными ресурсами на водосборе /под ред. A.M. Черняева; РосНИИВХ. — Екатеринбург: Виктор, 1994. — 160 с.

13. Водоохранная роль леса. Выпуск 18. Пушкино: ВНИИЛХ, 1940. - 292 с.

14. Вомперский С.Э., Идзон П.Ф. Влияние леса на водные ресурсы. М.: Наука, 1986.-167 с.

15. Воронков Н.А. Влияние леса на сток и микроклимат //Лесное хозяйство.- 1972. -№ 8. -С. 13-16.

16. Воронков П.П. Гидрохимические особенности местного стока в период половодья и почвенного покрова водосборов Европейской территории СССР //Тр.ГГИ. Вып. 137. Л.: Гидрометеоиздат. - 1966. -С. 5-57.

17. Воронков П.П., Зубарева В.И. Содержание питательных для растений соединений азота, фосфора и железа в водах различного происхождения //Тр.ГГИ.-1963.-Вып. 102.-С. 136-169.

18. Воронков П.П., Соколова O.K. Влияние облесенности водосбора на минерализацию воды и величину ионного стока //Вопросы гидрохимии. Сборник трудов. М.: Гидрологический институт. — 1953. -Вып.37 (91).

19. Воспроизводство лесных ресурсов (в условиях восточного Забайкалья)/ Бобринев В.П. и др. Новосибирск: Наука, 1988. - 112 с.

20. Гидрологические ежегодники, 1968-2006 гг.

21. Горбачев В.Н., Дмитриенко В.К., Попова Э.П., Сорокин Н.Д. Почвенно-экологические исследования в лесных биогеоценозах. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1982. 185 с.

22. ГОСТ Р 51592-2000: Вода. Общие требования к отбору проб.

23. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т.1. Вып.20. Бассейны Шилки, Аргуни и Амазара. Чита, 1968-2006 гг.

24. Государственный учет лесов Лесоустроительной экспедиции. Чита, 1968-2006 гт.

25. Губарева В. А. Доклады советских ученых на международном симпозиуме по влиянию леса на внешнюю среду /Отв. ред. И.И. Ханбеков. М.: ВНИИЛХ, 1970. 138 с.

26. Губарева В.А. Формирование химического состава вод весеннего стока //Основные типы биогеоценозов северной тайги. — М.: Наука, 1977.-С. 36-43.

27. Данилик В.Н. Снегонакопление, снеготаяние и сток в горных темнохвойных лесах Среднего Урала //Леса Урала и хозяйство в них. Свердловск, 1975, Вып.8, С. 77-93.

28. Денисов А.К. Защитно-водоохранная роль прирусловых лесов и принципы хозяйства в них. М.: Гослесбумиздат, 1963. - 140 с.

29. Доклады иностранных ученых на международном симпозиуме по влиянию леса на внешнюю среду /Отв. ред. И.И. Ханбеков. — М.: ВНИИЛХ, 1970. 286 с.

30. Дробиков А.А. Изменение физико-химических свойств воды под влиянием рубок //Лесоведение. — 1973. — №3. — С. 3-9.

31. Дубах А.Д. Лес как гидрологический фактор. — М.: Гослесбумиздат, 1951.-160 с.

32. Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши по материалам Забайкальского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Чита, 1968-2006 гг.34.