13507 (Влияние орошения свиностоками на некоторые гроэкологические показатели почв Челябинской области), страница 6

При орошении стоками, 1000 м³/га, реакция среды в пахотном слое нейтральная 6,9-7,3. Содержание гидролизуемого азота повысилось на 2,5 мг/100г почвы. Содержание калия увеличилось по всему профилю, наибольшее его количество в слое 20-40 см составило 14,4-11,7 мг/100г почвы. Увеличилось и содержание фосфора в пахотном слое и составило 5,2 мг/100г почвы.

Различия в содержании нитратов по вариантам незначительны. Концентрация их находится на уровне почв средней обеспеченности.

Таким образом, использование свиностоков для орошения сельскохозяйственных угодий является эффективным, так как содержащиеся в них питательные вещества находятся в растворенной форме и быстрее усваиваются растениями и почвой.

1. Изменения состояния и уровня грунтовых вод при орошении сельскохозяйственных угодий свиностоками

Почвенный покров комплекса «Родниковский» представлен выщелоченными черноземами. По механическому составу выщелоченные черноземы относятся к среднесуглинистым.

Грунтовые воды вскрываются на глубине от 0,5 до 7,0 м. Мощность водоносного горизонта от 5 до 10 м. На участках, где с поверхности залегают глины и суглинки значительной мощности, грунтовые воды приобретают локальный напор.

Мощность покровных глинистых отложений варьирует от 1,5 до 5,0 м. Химический состав грунтовых вод – пестрый, минерализация изменяется в пределах от 0,5 до 1,5 г/л. Грунтовые воды используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения отдельными скважинами и колодцами.

На орошаемом массиве была проведена оценка изменения качественного состава подземных вод. Оценка изменения проведена по методикам Укргипроводхоз. Изменения химического состава грунтовых вод под влиянием орошения приведены в таблице 11.

11. Изменения химического состава подземных вод под влиянием орошения

Проанализировав качественные изменения грунтовых вод в годы орошения можно сделать следующий вывод: вредные вещества при орошении не закрепляются почвой, большая их часть выносится с урожаем. Содержание этих веществ увеличивается ко второму году по сравнению с содержанием до орошения, Ca на 0,053 г/л, Na на 0,007 г/л, SO₄ на 0,11 г/л и нитрат-ионов на 3,6 мг/л, а содержание хлор-ионов наоборот понизилось на 0,035 г/л.

Содержание кальция в грунтовых водах находится в прямой зависимости от мощности зоны аэрации. Так на участках с глубоким залеганием подземных вод (5-7 м) содержание его увеличивается в 8-10 раз, а на участках с уровнем подземных вод 1,5-3 м только в 4-5 раз.

Ионы-натрия в основном накапливаются в слое 0-20 см. Содержащиеся в поливных водах ионы-натрия не вымываются в грунтовые воды, поэтому и содержание его в них остается на невысоком уровне.

В зависимости от мощности зоны аэрации концентрация ионов-хлора снижается с 0,217 г/л до 0,182 г/л.

В отличие от ионов-хлора сульфат-ионы, содержащиеся в поливной воде и в почвогрунтах, постоянно вымываются в грунтовые воды. Концентрация их увеличивается в большей степени на участках с большой зоной аэрации.

Под влиянием орошения свиностоками происходит дополнительное накопление нитратного азота. Содержание его в грунтовых водах растет.

Но как видно из таблицы концентрация всех веществ находится в допустимых пределах.

1. Прогнозные расчеты по влиянию орошения на грунтовые воды

Для расчета прогноза уровней грунтовых вод ВНИИССВ были применены аналитические решения дифференциальных уравнений, так как расчет прогноза другими методами требует проведения большого объема исследований составляющих вводно-солевого баланса, а метод аналогии не применим из-за отсутствия объектов – аналогов.

Решение задачи по прогнозу уровня грунтовых вод при орошении сводится к применению формулы С.Ф.Аверьянова (1)

▲H = Wt /μ *R_n (x, t); (1)

где: R_n(x, t) = R_w(λ) + R_w(λ¹) /2; λ = x /2√at; λ¹ = 2L-x /2√at;

▲Н – изменение напора или уровня грунтовых вод;

W – величина интенсивности инфильтрации;

μ – коэффициент водоотдачи пород;

а – коэффициент пьезопроводности;

2L – ширина массива орошения;

t – время;

х – расстояние от центра орошаемого участка до его границ.

При отсутствии подпитывания напорными водами расчетные формулы принимают следующий вид:

а) для внешней области (/x/) ≥ L

▲Н(х, t) = Wt /μ {1-R(λ₁) – 1-R(λ₃) /2}; (2)

б) для внутренней области (/х/) ≤ L

▲H(x, t) = Wt /μ {1-R(λ₁) + 1-R(λ₂) /2}; (3)

здесь λ₁ = λ₀(1+х);

λ₂ = λ₀(1-х);

λ₃ = λ₀(х-1);

где λ₀ = L /2√at = 1 /2√β₀

β₀ = t /τ – относительное время для границы массива, то есть для х = L;

τ = μL² /kh – время стабилизации для границ потока;

k – коэффициент фильтрации водоносных пород;

h_ср – средняя мощность водоносного потока.

Для расчета изменения уровня грунтовых вод под центром орошаемого массива (при х=0) рассчитывается время стабилизации (τ), относительные времена (t₁ /τ; t₂ /τ и т. д.) и затем по формуле:

▲Н (0,t) = Wt /μ [1-R(λ₀)]; (4)

вычисляется изменение уровня грунтовых вод.

На границе орошаемого массива (при х = L, L = 1000м) формула (3) для расчета изменения уровня грунтовых вод приобретает следующий вид:

▲Н(L, t) = Wt /μ * [1-R(2λ₀)]; (5)

при λ1 = λ₀(1+х) = 2λ₀; х=1

β₁ = 1/4β₀

Средняя ожидаемая интенсивность инфильтрационного питания грунтовых вод от орошения:

W_ср = М_ср(1- ŋ) /10000 = 1000(1-0,85) /10000 = 0,015 м/год, (6)

где М - оросительная норма, м³/га;

ŋ – кпд поля при орошении, 0,85.

Ежегодный подъем уровня грунтовых вод составит:

для супесей

▲Н = W_cр /μ = 0,015/0,1=0,15 м;

для суглинков

▲Н = 0,015 /0, 6= 0,25 м.

Исходя из условия нормы осушения 0,8 м и глубины залегания грунтовых вод 1,5-7,0 м, предельная высота ее стояния будет достигнута для суглинистых почвогрунтов с уровнем грунтовых вод 1,5 и 3,0 через 2,8 и 8,8 года, для участков уровнем грунтовых вод 5,0 - 7,0 м через 19,4 и 30 лет.

Время стабилизации уровня после возмущения:

Ŋ = 0, 1*1000 / 1,5*7,5=24,4 года (7)

Прогноз подъема уровня грунтовых вод под влиянием орошения выполнен ВНИИССВ для 1, 3, 5, 7 лет. Пользуясь данными, я смогла сделать примерный расчет изменения уровня грунтовых вод под влиянием орошения для 10, 15 и 20 лет (приложение 3). Результаты вычислений приведены в таблице 12.

12. Результаты расчета изменения уровня грунтовых вод

Итак, прогноз изменения уровня грунтовых вод показал, что в центре орошаемого массива через 20 лет грунтовые воды поднимутся на 2,34 м и на границе – на 1,44 м.

Судя по результатам прогноза можно сказать, что для использования свиностоков на орошение (1000 м³/га) на участках с глубиной залегания грунтовых вод 1,5 – 3 м необходимо строительство дренажа. Участки с глубиной залегания грунтовых вод более 3 м (на таких участках происходило орошение на комплексе «Родниковский»), в дренаже не нуждаются.

В целом орошение свиностоками не окажет отрицательного влияния на почвогрунты и грунтовые воды. Почвогрунты зоны аэрации останутся незасоленными, минерализация грунтовых вод повысится на 0,2 - 0,3 г/л.

2. Расчет предотвращенного экономического ущерба от использования на орошение стоков свиноводческого комплекса

Свинооткормочный комплекс мощностью 54 тыс. голов свиней расположен в восточной части Челябинской области в 38 водохозяйственном участке (устье р. Тобол). Годовой объем жидкой фракции стоков составлял 427 тыс. м³/год и твердой 11 тыс. м³/год. Накопление и отстаивание жидкой фракции осуществлялся в прифермских накопителях. Из них после отстаивания стоки подаются на орошение. При замене искусственно-биологической очистки на поля орошения происходит почвенная доочистка стоков, при этом наряду с сельскохозяйственным эффектом учитывается величина предотвращенного экономического ущерба от сброса стоков в водоем после очистных сооружений. Исходными данными для расчета предотвращенного ущерба при использовании стоков на орошение являются данные по химическому составу стоков взятых из накопителей, количеству снятых почвой загрязнений, предельно-допустимые концентрации веществ, удельная величина предотвращенного ущерба на единицу загрязнений и местоположения водохозяйственного объекта.

Величина предотвращенного экономического ущерба от использования на орошение свиностоков определяется по формуле (8)

Э_у = γ*σ_к*∑_i=1(A_i*m_i)*Vi, (8)

где: Э_у – величина предотвращенного экономического ущерба, руб./год;

γ, σ_к – константы, численное значение которых для 38 водохозяйственного участка согласно положений «Временной типовой методики определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий оценки экономического ущерба, причиняемому народному хозяйству загрязнением окружающей среды» М.,1986, равны соответственно 400 и 0,97;

∑_i=1 А_i*m_i – приведенная масса годового сброса примесей, усл. т/год;

i – номер сбрасываемой примеси;

m_i – количество снятых почвой загрязнений, г/м³;

V_i – объем использованных стоков на орошение, м³/га

А_i – показатель относительной опасности сброса i-го вещества в водоемы, его значение определяется по формуле (9)