В рамках очередного заседания Делового клуба газеты «Президент» предлагаем вашему вниманию статью старшего инженера Института биологического приборостроения РАН, руководителя группы картографии В.И. Степанова И.П. Баранова.
Проблема борьбы с пожарами в Центральной России бурно обсуждается в прессе с начала 2000 годов. Еще тогда ученые Пущинского научного центра Российской Академии наук считали эту статью своевременной, актуальной и имеющей большое государственное значение в свете экономического развития центрального региона России, ее городов и, в частности, Москвы.
Однако обводнение болот – не лучший вариант избавления Подмосковья от пожаров. Кроме того, столичные примеры заразительны и могут быть механически перенесены на другие пожароопасные районы.
Последние годы лесные пожары на осушенных болотах Подмосковья создают трудно решаемую экологическую проблему для Москвы и Московской области. Но проведенные уже мероприятия по обводнению болот не дало ожидаемого результата. Напротив, оно привело к серьёзным экологическим проблемам. Негативные последствия поспешного обводнения торфяников уже проявились в Луховицком районе в виде существенного снижения уровня грунтовых вод, что неизбежно приведет к нарушению экологического равновесия, а также к развитию мощных эрозионных процессов, катастрофичных для сельского хозяйства района.
Сейчас чиновники, ответственные за решение этой задачи, сваливают вину на местную администрацию, но ведь проблему снижения уровня грунтовых вод можно было предотвратить на стадии проектирования мелиоративных каналов и мест расположения регулируемых шлюзов. Как отметила координатор проектов международного бюро по сохранению водно-болотных угодий Татьяна Минаева, задача по обводнению изначально была поставлена безграмотно и требовала гидрологических и топографических исследований, в то время как чиновников интересует исключительно «отчетность». В результате природе нанесен огромный ущерб, в частности, холода и отсутствие воды приведут к гибели бобров и ондатр.
Суть опасности обводнения болот, по нашему мнению, состоит в том, что болота Московской области входят в Волго-Московско-Окскую геосистему. Любые действия с болотами через несколько лет отразятся на экологическом состоянии: в отдельных районах резко повысится уровень грунтовых вод, что увеличит оползневую опасность отдельных городов (в т.ч. Москвы), повысится влажность почвенного покрова, возрастет уровень инфекционных заболеваний в результате увеличения численности насекомых и т.п.
Варианты возможных негативных и позитивных последствий обводнения болот показаны на конкретных картографических моделях, созданных на базе картографического метода «Пластика рельефа» в Институте биологического приборостроения РАН профессором И.Н. Степановым.
Отображение на картах водно-мелиоративного состояния земель. Традиционное проведение водохозяйственных и мелиоративных работы подразумевает использование информации горизонталей топографических карт (рис. 1, А). Но наличие одних только горизонталей не позволяет специалистам увидеть все особенности структуры рельефа. Поэтому, для наглядного отображения всех неровностей земной поверхности, учеными ПНЦ РАН был разработан такой картографический метод, на которых рельеф был бы представлен готовыми формами, как на рис. 1В.
Рис. 1. Сравнение положения проложенной (С) и рекомендуемой (D) дренажной сети на примере одного из хозяйств Подмосковья. А – исходная топографическая карта, В – карта пластики рельефа, С – имеющаяся система дрен (синий цвет), которые пересекают естественные формы рельефа, D – рекомендуемое положение дрен, согласно положительным и отрицательным формам земной поверхности. Белый фон – понижения; коричневый цвет – относительные повышения-потоки; темно-зеленый цвет – области повышения уровня грунтовых вод; розовый цвет – области переосушения в пределах повышений.
На карте рис. 1, В выпуклости-потоки имеют коричневый цвет, а вогнутости показаны белым. Видно, что рельеф в виде потоков «устремлен» к самым низким местам данной территории – к ручью. Специалисты на местности, используя топографическую карту, видят только общий уклон земной поверхности, не учитывая каждую неровность рельефа. Ими, в основном, берутся в расчет данные о механическом составе почво-грунтов.
Поэтому, как видно из рис. 1, С, дренажная сеть спроектирована и построена прямолинейно, каждая из дрен которой проложена параллельна друг другу через равное расстояние. Работа такой сети будет не только малоэффективна, но и нарушает гидрологический баланс. Так участок дрены, расположенный в пределах повышений-потоков понижают уровень грунтовых вод еще на большую глубину, что еще больше иссушает территорию.
В понижении дрена собирает подземные воды, но уже дальше ее трассу вновь пересекает повышенный участок, который является механической преградой, что может привести к ухудшению оттока дренируемых вод, и уровень грунтовых вод (УГВ) будет возрастать. То есть, там, где надо было понизить УГВ, такая дренажная сеть приведет к избыточному увлажнению территории.
Таким образом, при проектировании данной пространственной структуры дренажной сети не учитывается естественная структура земной поверхности. Это может стать причиной возникновения в Подмосковье пожаров на тех территориях, где их не должно быть в естественной среде. На карте рис. 1, D показано, что, учитывая потоковую структуру земной поверхности, можно так построить дренажную сеть, чтобы она была вписана в естественную структуру рельефа. Она не будет избыточно увлажнять и иссушать почво-грунты территорий, исключит возникновение пожаров.
Помимо этого, такая система позволяет конструировать дешевые по цене системы двойного регулирования уровня грунтовых вод. Расположение по трассе дрен запирающих створов или прудов позволит поддерживать УГВ в засушливые годы, увлажняя поверхность почв, и осушает почвы до определенного, не опасного для пожаров, уровня во влажные годы. В жаркие годы по таким дренам так же можно закачивать воду, которая будет стекать в самую низкую точку – точку аккумуляции поверхностных и грунтовых вод, в пределах которой и формируется болото.
Рис. 2. Пример двойного регулирования водного баланса пожароопасной территории на юге Московской области. На рис. А: коричневым цветом показаны положительные формы рельефа; синие стрелки – направление естественного стока поверхностных и грунтовых вод (толщина стрелок соответствует мощности водного потока); красные стрелки – водоразделы всех положительных форм рельефа – границы водосбора; области розового цвета – участки повышенной влажности почво-грунтов; фиолетовым цветом показаны места развития карста; красным цветом показаны оползневые положительные формы рельефа. На рис. В синим цветом выделен проектный противопожарный пруд.
Для регулирования естественного водного баланса на пожароопасной территории в четко определенных местах предлагается установить пруды с замыкающими створами. На примере одной из территорий Московской области показано размещение искусственных водоемов с учетом карт пластики рельефа. Расположены эти пруды будут с учетом потокового рельефа местности в местах наибольшей концентрации сходящихся векторов-потоков положительных и отрицательных форм рельефа (рис. 2).
На рис. 2, А показаны все положительные и отрицательные формы рельефа. Выделены их осевые части; красным цветом по повышениям, синим – по понижениям. Для полного представления о территории показаны области развития карста (фиолетовый цвет) и оползни (красный цвет), как важных факторов при проведении гидротехнических работ. Розовым цветом показаны участки повышенной влажности почво-грунтов.
В нижней части каждого такого водосборного бассейна формируется область аккумуляции (накопления). Если в этих местах будут образованы противопожарные пруды (рис. 2, В), в нижней части стока которых поставить небольшие створы, то открывая их во влажные годы можно спускать излишек воды, а закрывая – повышать уровень воды в сухие.
Подобная система по нашему методу была в девяностых годах спроектирована и построена в Дагестане. Она успешно функционирует многие годы. Кроме этого карты пластики рельефа позволяют выявить точки промежуточной аккумуляции, на месте которых могут быть созданы искусственные водоемы, окруженные лесополосой. Во время засухи они будут питать водой грунтовые и межпластовые горизонты, создавая при этом в радиусе нескольких сот метров свой микроклимат.
Конструктивное использование естественных каналов миграции подземных вод позволит избежать в дальнейшем нарушения экологического баланса, что напрямую связано с экономическим развитием Москвы и Подмосковья.
Сотрудники наших институтов — экологи, почвоведы, мелиораторы и картографы разрабатывают многие годы теорию рационального освоения заболоченных территорий Подмосковья. Они получили в этой области знания значимые результаты. В частности, ими созданы впервые в мире принципиально новые экологические карты, на которых четко выявляются области возникновения, транзита, рассеяния и аккумуляции водного и минерального стока, что позволяет создавать научно обоснованные прогнозы и проекты освоения заболоченных земель, а также предотвращения пожаров.
Группой картографии Института биологического приборостроения создана почвенно-экологическая карта Московской области. С помощью этой карта можно смоделировать и спрогнозировать последствия мелиоративных мероприятий на заболоченных территориях. Новые карты — это карты, на которых рельеф имеет четвертое измерение – время. Это позволяет показать не только формы земной поверхности, но также их массу, направление и скорость движения в поле земного тяготения.
Теперь по картам можно устанавливать и выражать в виде формул для каждой конкретной местности движение не только земных масс, определяющих устойчивость промышленных и гражданских объектов, но и грунтовых и подземных вод, места их возникновения, транзита, аккумуляции и рассеяния. По этим параметрам можно давать более точные, чем прежде, рекомендации по устранению отрицательных экологических последствий.
Рис.3. Фрагмент почвенно-экологической карты Московской области (М1:300 000).
Суть опасности обводнения болот, по нашему мнению, состоит в том, что болота Подмосковья входят в ту же геосистему, что и Москва. Любые действия с болотами через несколько лет отразятся на природе Москвы: резко повысится уровень грунтовых вод, который увеличит и без того оползневую опасность города, возрастут инфекционные заболевания в результате увеличения численности насекомых и т.п.
Варианты возможных негативных и позитивных последствий обводнения болот мы можем продемонстрировать на конкретных картографических моделях, которые составляются на базе совершенно новых методах только в Пущинском научном центре РАН. Их предоставят ученые Института биологического приборостроения РАН.
Мы являемся жителями Подмосковья, и нас беспокоит судьба его городов и сел. Ученые Пущинского центра считают, что последствия проведенной правительством Московской области реконструкции заболоченных земель должны быть широко обсуждены. Видимо, следует более широко привлечь ученых и общественность страны к обсуждению проблемы обводнения болот, как это было при обсуждении проекта переброски стока сибирских рек на юг бывшего СССР.
И.П. Баранов, старший инженер, руководитель группы картографии В.И. Степанова, Институт биологического приборостроения РАН
