Поиск по базе сайта:
Экологическая оценка и методы интегрированного использования оросительных и грунтовых вод на орошаемых геосистемах в бассейне рек Аса-Талас 25. 00. 36 Геоэкология icon

Экологическая оценка и методы интегрированного использования оросительных и грунтовых вод на орошаемых геосистемах в бассейне рек Аса-Талас 25. 00. 36 Геоэкология




Скачати 377.95 Kb.
НазваЭкологическая оценка и методы интегрированного использования оросительных и грунтовых вод на орошаемых геосистемах в бассейне рек Аса-Талас 25. 00. 36 Геоэкология
Сторінка1/3
ДЖАЙСАМБЕКОВА РАУШАН АМАНБЕКОВНА
Дата конвертації11.10.2014
Розмір377.95 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


УДК 577.4:631.41:631.67 На правах рукописи

ДЖАЙСАМБЕКОВА РАУШАН АМАНБЕКОВНА


Экологическая оценка и методы интегрированного использования

оросительных и грунтовых вод на орошаемых геосистемах

в бассейне рек Аса-Талас

25.00.36 - Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Республика Казахстан

Тараз 2010

Работа выполнена в ТОО «Казахский научно-исследовательский институт

водного хозяйства»


Научные руководители:


доктор технических наук

Р.К. Бекбаев

кандидат сельскохозяйственных наук

Е.Д. Жапаркулова


Официальные оппоненты:




доктор технических наук

А.С. Сейтказиев
кандидат технических наук

Г.К. Сембина






Ведущая организация:



Институт горного дела им. Д.А. Кунаева







Защита диссертации состоится «25» декабря 2010 г. в 10 00ч.

на заседании диссертационного совета Д 14.13.02 в зале заседаний Ученого совета Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати по адресу: 080000, г.Тараз, ул. Толе би, 60.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати.

Автореферат разослан «24» ноября 2010 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета М. Сахы



ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика работы. Главной причиной ухудшения экологической обстановки на орошаемых экосистемах бассейна рек Аса-Талас является загрязнение водных ресурсов минерализованными грунтовыми и сточными водами, которые поступая на орошаемые земли приводят к засолению и осолонцеванию почв. Поэтому, в сложившейся ситуации на орошаемых системах бассейна рек Аса-Талас, где из года в год возрастает дефицит водных ресурсов, требуется разработка технологии интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод, обеспечивающей защиту водно-земельных ресурсов от загрязнения минерализованными водами и повышение водообеспеченности орошаемых геосистем.

В работе приводятся результаты агроэкологической оценки поверхностных и грунтовых вод, изучения процессов миграции влаги в корнеобитаемом слое при изменении технологии орошения сельскохозяйственных культур в бассейне рек Аса-Талас. На основе экспериментальных данных разработана технология интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод на орошаемых экосистемах в бассейне рек Аса-Талас, обеспечивающая повышение их экологической устойчивости и водообеспеченности.

Работа выполнялась по программе 042, задание 02.01.08.04.Н4 «Разработать ресурсосберегающие технологии орошения, рассоления орошаемых земель, сельскохозяйственного использования маргинальных вод, сохранение почвенного плодородия и обосновать социально-экономическую эффективность утилизации сточных вод» и «Повышение эффективности технологического и технического обеспечения развития водного хозяйства».

^ Актуальность проблемы. В условиях Казахстана, где водные ресурсы ограничены, а орошение развивается в различных почвенно-климатических зонах, дальнейшая интенсификация орошаемого земледелия может осуществляться путем разработки экологически безопасных водосберегающих технологий полива, обеспечивающих снижение размеров непроизводительных потерь оросительных вод и защиту водо-земельных ресурсов от загрязнения коллекторно-сбросными водами. Такой подход предопределен тем, что существующие методы управления водными ресурсами приводят к большим потерям оросительных вод на инфильтрацию, сброс и испарение, размеры которых достигают 60-70% от водозабора. В результате этого на многих орошаемых геосистемах произошло увеличение темпов засоления, осолонцевание и ощелачивание почв а также рост минерализации и ухудшение качества воды. Нарушение экологического равновесия, сложившегося в 90-е годы прошедшего века, привело к снижению урожайности сельскохозяйственных культур в 1,5-2 раза.

В сложившейся ситуации на орошаемых геосистемах, проблема улучшения их экологического состояния и повышения водообеспеченности, путем разработки методов интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод, является актуальной.

^ Цель работы. Экологическая оценка оросительных и грунтовых вод бассейна рек Аса-Талас и разработка технологии интегрированного их использования на орошаемых экосистемах, обеспечивающей снижение затрат воды на получение единицы сельхозпродукции и защиту водно-земельных ресурсов от деградации.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:

- осуществление агроэкологической оценки оросительных и грунтовых вод в бассейне рек Аса-Талас;

- определение параметров непроизводительных потерь оросительных вод при различных технологиях полива и их влияние на экологическое состояние почв;

- установление темпов и объемов поступления грунтовых вод в зону аэрации почвогрунтов в различные периоды вегетации сельскохозяйственных культур;

- установление экологически безопасной доли участия грунтовых вод в субирригации с учетом их минерализации;

- разработка экологически безопасных методов интегрированного использования оросительных и грунтовых вод на орошаемых экосистемах.

^ Основная идея работы - разработка технологии интегрированного использования оросительных и грунтовых вод с учетом их минерализации и уровня залегания для повышения влагообеспеченности и устойчивости орошаемых экосистем

^ Объект и методика исследований. Объектами исследования являлись орошаемые экосистемы, поверхностные и грунтовые воды в бассейне рек Аса-Талас. Исследования по установлению объемов непроизводительных потерь поверхностных вод и интенсивности субирригации при изменении минерализации и уровня залегания грунтовых вод осуществлялись полевым и лизиметрическим методами. Полевые исследования включали изучение приемов орошения по бороздам и бороздам-щелям с подачей воды в каждую борозду, через борозду, а также мониторинг засоленности почв, минерализации и уровня грунтовых вод.

Решение указанных сложных задач базировались на методологии системных научных исследований в области мелиорации и экологии, учитывающих ландшафтно- и почвенно-экологические особенности мелиорированных сельскохозяйственных земель

Обработка материалов исследовании проведена с использованием методов математической статистики.

^ Научная новизна. В результате комплексных исследований, проведенных на орошаемых геосистемах в бассейне рек Аса-Талас:

- определены экологически безопасные параметры непроизводительных потерь воды при различной технологии орошения возделываемых культур,

- установлены экологически безопасные пределы использования грунтовых вод на субирригацию и изменения объемов оросительных норм;

- разработаны экологически безопасные технологии интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод на орошаемых геосистемах бассейна рек Аса-Талас.

^ Новизна технических решений подтверждается положительным решением на изобретение – «Способ определения влажности почв» (Предварительный патент № 20448).

^ Основные защищаемые положения:

- агроэкологическая оценка качества оросительных и грунтовых вод для установления их влияния на экологическое состояние почв;

- экологически безопасные пределы изменения влажности почв в корнеобитаемом слое и объемов непроизводительных потерь воды при различных технологиях полива;

- экологически безопасные технологии интегрированного использования оросительных и грунтовых вод на орошаемых экосистемах, обеспечивающая различное использование водо-земельных ресурсов, снижение деградации почв и повышение экологической устойчивости орошаемых геосистем.

^ Практическая ценность работы заключается в разработке экологически безопасной технологии интегрированного использования оросительных и грунтовых вод, обеспечивающей снижение размеров непроизводительных потерь оросительных вод и норм орошения на 20-50%, объемов водоотведения и темпов загрязнения водных ресурсов – на 30-40%.

^ Реализация работы. Результаты работы были переданы агроформированиям и крестьянским хозяйствам Жуалынского, Жамбылского, Байзакского и Таласского районов Жамбылской области и внедрены на орошаемых геосистемах бассейна рек Аса-Талас.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при составлении:

- методических рекомендаций по установлению параметров влаго- и солепереноса в корнеобитаемом слое орошаемых почв;

- методических рекомендаций по оценке качества оросительных и грунтовых вод в бассейне рек Аса-Талас и снижению размеров водоотведения.

^ Личный вклад автора состоит в оценке современного состояния и обосновании актуальности решаемой проблемы, агроэкологической оценке качества оросительных и грунтовых вод бассейна рек Аса-Талас и непосредственном участии при выполнении лабораторных, лизиметрических и полевых экспериментов по установлению параметров непроизводительных потерь и интенсивности расходования грунтовых вод в корнеобитаемую толщу почв.

^ Обоснованность и достоверность полученных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждены адекватными обоснованиями, базирующимися на анализе обширного фактического материала, полученного в многолетних экспериментальных исследованиях, которые выполнялись на лизиметрической площадке и орошаемых экосистемах бассейна рек Аса-Талас.

^ Апробация работы. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на II Центрально-Азиатской Международной Конференции «Водные ресурсы: потенциал, использование, техноло-гия и экология», Алматы 2001г; Международной научно-практической конферен-ции «Научное обеспечение как фактор устойчивого развития водного хозяй-ства» г. Тараз, 2005г; Международной научно-практической конферен-ции «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана», Шымкент, 2006г; Международной конференции посвященной 100-летию У.У. Успанова, г.Алматы, 2006г.; Международной научно-практи-ческой конференции «Экологическая безопасность урбанизированных террито-рий в условиях устойчивого развития» Астана, 2008г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК. Получен 1 инновационный патент.

^ Объем, структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Работа изложена на 120 страницах компьютерного текста, включая 64 таблицу,, 28 рисунков и список использованных источников из 128 наименований.
^ Основная часть

Во введении обоснована актуальность темы, ее связь с экологическими проблемами орошаемых земель бассейна рек Аса-Талас, указаны цель и задачи работы, изложены защищаемые положения, достоверность научных положений, практическая ценность.

В первом разделе «^ Природно-экологические условия района исследований» приведены климат, геология и гидрогеология, почвенный покров и растительность, водные ресурсы и их использование в бассейне рек Аса-Талас. Район исследований включает орошаемые земли 5 районов Жамбылской области. Общая площадь регулярного орошения составляет 106,4 тыс.га. Для орошения сельскохозяйственных культур используются водные ресурсы рек Асы и Талас. По Кадастру мелиоративного состояния орошаемых сельхозугодий Жамбылской области выявлена и установлена следующая структура по экологическому состоянию: с хорошим экологическим состоянием – 37,67 тыс.га (35,7%); с удовлетворительным – 26,38 тыс.га (25,0%); с неудовлетворительным – 41,54 тыс. га, что составляет около 39,3% общей площади орошаемых земель бассейна рек Аса-Талас. Причиной неудовлетворительного состояния орошаемых земель является засоление почвы и близкое залегание грунтовых вод.

Во втором разделе «^ Экологические процессы на орошаемых геосистемах и методика исследований» рассмотрены почвенно-экологические процессы, протекающие в корнеобитаемом слое почв при автоморфном и гидроморфном режимах почв, существующие методы управления водными ресурсами при поливах и влияние близкого залегания грунтовых вод на экологическое состояние орошаемых геосистем, а также условия проведения исследований.

На основе обзора литературных источников выявлено, что в корнеобитаемом слое почв протекают очень сложные физико-химические процессы, включающие фильтрацию воды, миграция солей, органических веществ и питательных элементов, протекание ионообменной сорбции между почвенным раствором и почвенно-поглощающим комплексом. В результате, при несоблюдении режима и технологии орошения происходит усиление деградационных процессов в почвогрунтах: засоление, осолонцевание и ощелачивание почв; вымыв органических веществ и питательных элементов из корнеобитаемой толщи; рост минерализации и ухудшение качества оросительных и грунтовых вод, заболачивание орошаемых геосистем.

Результаты экспериментальных исследований отечественных ученых, полученные в различных природных зонах, показывают, что на орошаемых землях кроме нисходящего (фильтрация) передвижения воды, в почвогрунтах идет восходящий поток влаги по капиллярам почв. На величину расхода грунтовых вод в зону аэрации оказывает влияние рост и развитие растений, влажность почвы, уровень залегания и минерализация грунтовых вод.

В сложившейся экологической ситуации на орошаемых экосистемах, разработка методов интегрированного использования поверхностных и грунтовых вод требует агроэкологической оценки водных ресурсов.

Экологическая оценка пригодности оросительных и грунтовых вод на субирригацию и орошение сельскохозяйственных культур проводилась по следующим показателям: опасность засоления, осолонцевания и ощелачивания почв; токсичность отдельных ионов и сравнение их с порогом токсичности.

Исследования по установлению параметров ресурсосберегающей технологии водораспределения и полива, проводились на опытно-производственном участке и в лизиметрическом павильоне КазНИИВХ.

Поливы сельскохозяйственных культур на опытно-производственном участке осуществлялись закладкой следующих вариантов: 1- поливы по бороздам (контроль); 2 - то же, по бороздам-щелям; 3 - то же, через борозду;

Влияние глубины щелей на скорость впитывания воды в почву изучалась при следующих глубинах щелей (рисунок 1): 1- при глубине щелей 5см; 2 - то же, при глубине 10см; 3 - то же, при глубине 15см; 4 - то же, при глубине 20см.




Рисунок 1 – Нарезка щелей по дну борозд (с. Бесагаш)
Процессы влаго- и солепереноса в корнеобитаемом слое почв изучались методом физического моделирования (рисунок 2). Размер суммарного водопотребления определялся по балансовым расчетам.



Рисунок 2 – Физическое моделирование процессов влаго-и солепереноса в почве при орошении яровой пшеницы

На опытно-производственном участке определены следующие свойства почв: механический состав, плотность, плотность твердой фазы, пористость, ионно-солевой состав корнеобитаемого слоя, запасы гумуса, азота, фосфора, калия, катионный состав почвенно-поглощающего комплекса.

В третьем разделе «Экологическая оценка качества поверхностных и грунтовых вод в бассейне рек Аса-Талас» установлено, что объем дефицита водных ресурсов на орошаемых землях зависит от стока рек Аса и Талас в вегетационный период, хотя годовой сток этих рек в годы исследований мало отличался от среднемноголетних показателей (таблица 1).
Таблица 1– Динамика и оценка годового стока рек Аса и Талас, млн. м3



^ Бассейн реки

Годы

1995

2000

2003

2004

2005

2006

Талас

925

848

1103

1107

804

565

Аса

889

284

388

393

805

390

Итого

1814

1132

1491

1500

1609

955

Объемы водозабора на орошение, % к 1995 году

100

70,2

42,1

59,1

49,1

49,3


Из представленных материалов видно, что в 2003-2005 годах сток рек Аса и Талас превышал среднемноголетний сток на 14-23%. В то же время водозабор на орошение составлял 42,1-59,1% от уровня 1995 года, изменяясь от 382,5 до 536,59 млн.м3. Поверхностные водные ресурсы в верхнем течении рек по общей минерализации (С, г/л) относятся к пресным, хорошего качества (таблица 2), а в нижнем течении – к слабосолоноватым, удовлетворительного качества.
Таблица 2– Оценка качества воды в бассейне рек Аса-Талас



Реки

Место отбора

Показатели

C, г/л

К

SAR

SAR*

ОКН

Mg*

рН

Талас

г. Тараз

0,393

5,17

0,53

1,10

-1,20

43,5

7,6

Гидроузел

0,444

5,99

0,49

1,04

-1,80

51,9

6,9

Улгили

0,481

8,72

0,34

6,41

-2,40

51,6

7,4

Ойык

1,292

1,52

3,10

8,10

-8,20

60,0

8,2

Терс

Тастумсык

0,449

5,76

0,50

1,11

-0,60

42,3

7,4

вдх.Терс-Ащибулак

0,145

7,71

0,21

0,25

-0,60

33,3

6.8

Аса


с. Айша биби

0,384

5,18

0,53

1,11

-0,80

47,8

7,4

(оз. Акколь)

1,103

1,30

3,23

8,03

-5,80

68,1

7,8


По показателям К и SAR, использование поверхностных вод на орошение, опасности осолонцевания почв не вызывает, по SAR* возможно накопление натрия в почвенно-поглощающем комплексе и осолонцевание почв только в районе с.Улгили, с.Ойык и озеро Акколь. По остаточному карбонату натрия (ОКН) водные ресурсы безопасны для использования на орошение, а по наличию магния, в большинстве случаев, оказывают вредное влияние на почву. Водные ресурсы бассейна по водородному показателю ионов (pH) относятся к нейтральным и слабощелочным.

Ухудшение водных ресурсов в бассейне рек Аса-Талас происходит вниз по течению, главным образом, за счет увеличения токсичных солей (сульфатов магния, натрия и хлоридов натрия). В районе с Ойык появляется нормальная сода (Na2CO3), причем вода становится непригодной для орошения.

Грунтовые воды в бассейне рек Аса-Талас по общей минерализации (С, г/л) относятся к пресным, хорошего качества в Жамбылском районе (таблица 3); пресным и среднесолоноватым, хорошего и слабоудовлетворительного качества - в Байзакском; пресным, солоноватым и среднесолоноватым, хорошего, удовлетворительного и слабоудовлетворительного качества - в Таласском.

Таблица 3 – Оценка качества грунтовых вод в бассейне р.Аса-Талас



Номера

скважин

Показатели

C, г/л

К

SAR

SAR*

ОКН

Mg*

pH

1

4,209

2,38

3,84

11,42

-40,00

66,5

7,2

15

0,444

2,31

1,21

2,71

0,00

86,4

8,0

21

0,508

12,77

0,22

0,50

-2,00

45,5

7,0

31

0,789

3,49

1,13

2,94

-3,40

60,0

7,8

36

0,869

1,07

3,18

8,16

0,20

32,3

8,0

43

2,037

1,33

4,32

12,54

-11,20

67,0

7,8

66

4,916

1,84

5,20

15,39

-44,80

56,8

6,6

70

1,328

1,97

2,49

6,97

-7,20

63,6

6,8

72

4,518

1,65

5,39

16,31

-36,80

64,7

7,4

77

2,392

1,16

5,16

16,11

-10,60

58,3

7,4
  1   2   3



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації