big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Орошение в зонах недостаточного увлажнения и влагооборот

В процессе земледельческого освоения земельных массивов в зонах недостаточного увлажнения издавна развивается орошение. По-видимому, основная часть земель, освоенных к настоящему времени посредством орошения, представляла собой в прошлом пустыни, полупустыни, степи и саванны северного и южного полушарий, т. е. необлесенные или мало облесенные территории.

Наряду с этим не исключено, что часть освоенных орошением земель в прошлом занимали леса и болота.

Из общей площади суши 149 млн. км2 в настоящее время обрабатывается, включая луга, около 50 млн. км2, т. е. 33%. Из 50 млн. км2 обрабатываемой земли орошается, согласно разным источникам (Шульгин, 1965; Фюрон, 1966; Забелин, 1966; Пуляркин, 1967), от 0,76 до 2 млн. км2, т. е. до 4% освоенных земель.

Наибольшая площадь орошаемых земель в настоящее время сосредоточена в Евразии— 1,67 млн. км2, в Африке она равна 0,075 млн. км2 и в Америке — 0,018 млн. км2.

Так как не менее 85% всех орошаемых земель находится в тропической и субтропической зонах и около 15% в засушливых регионах умеренного пояса, без большой погрешности потребность в воде возделываемых с применением орошения культурных растений можно принять равной годовой испаряемости (Алпатьев, 1950, 1954), имея в виду выращивание двух-трех урожаев в год, что в низких широтах практикуется почти повсеместно.

По расчетам Л. И. Зубенок (1965), испаряемость за год в тропической и субтропической зонах, не считая центральных районов Сахары, составляет около 1000—2000 мм.

Почти столько же воды необходимо возделываемым в этих зонах культурным растениям, например: рису 1200—1500 мм, сахарному тростнику (Уганда) 1200—2000 мм, финиковой пальме (Месопотамия) 1500 мм. Это расход нетто, к которому необходимо приплюсовать потери воды в проводящей системе, на пути от пункта забора воды из источника орошения до орошаемого поля, где непосредственно возделывают растение. В семиаридных и аридных регионах умеренного пояса потребность нетто в воде культурных растений значительно меньше: от 300—450 мм в степях до 600—900 мм в полупустынях и пустынях. Первые числа (300 и 600) относятся к ранним зерновым хлебам и последние (450 и 900) к поздним культурам.

Потери воды в проводящей системе составляют чаще всего от 30 до 70% и в среднем могут быть приняты равными 50%. В таком случае норма орошения брутто будет варьировать в пределах 1800—2250 мм в зависимости от состава культурных растений и способа их орошения. Фактически в районе Ассуана требуется (Фюрон, 1966) для сахарного тростника слой воды 4 м, для садов — 2,78 м, для хлопчатника — 2 м, для пшеницы и проса — 1 м.

Оценивая эти числа, необходимо иметь в виду, что район Ассуана едва ли не самый жаркий и сухой на всем земном шаре и что за счет атмосферных осадков никакого возмещения недостатка влаги здесь не бывает. Кроме того, это — нормы брутто, которые необходимо учитывать только в расчетах площадей перспективного орошения при установлении оросительной способности рек и озер. В биофизическом же влагообороте потери воды в проводящей оросительной сети почти не участвуют, так как основная их часть теряется на фильтрацию в грунтовые воды и составляет так называемые возвратные воды или воды, сбрасываемые в моря и океаны.

Для расчета суммарного объема воды, принимающей участие в местных биофизических влагооборотах орошаемых районов всей суши, примем среднюю потребность (нетто) в воде для умеренных широт равной около 500 мм, для тропических и субтропических — около 1500 мм, имея в виду, что в тропиках и субтропиках выращивается два-три урожая в год.

При соотношении площадей орошения в умеренном и тропическом поясах 15:85 суммарный объем воды, участвующей во влагообороте ныне орошаемых земель (200 млн. га), составляет около 2700 км3 в год, или около 7% годового суммарного стока рек в океан. Приняв потери в проводящей сети орошаемых оазисов равными 50% (фильтрация и испарение с поверхности воды в каналах), получим общий объем (брутто) воды, забираемой из всех источников орошения на Земле, около 4050 км2 в год, что соответствует 11 % суммарного годового стока воды в океан.

Следовательно, почти 90% полного речного стока всей суши остается в резерве для перспективного использования на нужды орошения, транспорта и энергетики.

Необходимо иметь в виду, что расчеты относятся к среднему стоку, а ирригационные системы сооружают с учетом стока, соответствующего 75%-ной и даже 95%-ной его обеспеченности.

Если в перспективе ориентировать орошаемое земледелие всей суши Земли только на подземный сток, наиболее устойчивый из года в год и не требующий сооружения специальных водохранилищ, посредством которых отчуждаются не всегда экономически оправданно ценные земли, в этом случае суммарную площадь орошаемых земель на Земле можно увеличить до 5—6 млн. км2, т. е. в три раза больше современной орошаемой площади. При этом на нужды орошения будет использовано не более 30—35% годового суммарного стока всех рек земного шара, или около 12 000 км3 в год пресной воды.

Этот минимальный объем пресной воды необходимо строго резервировать для нужд человечества на ближайшее столетие, имея в виду общепланетарное значение проблемы питания в будущем численно растущего населения Земли.

В Советском Союзе суммарный объем подземного стока всех рек составляет за год около 925 км3 («Водные ресурсы и водный баланс территории Советского Союза», ГТИ, 1967).

Принимая потребность растений в воде брутто для среднего по метеорологическим условиям года равной 7500 м3/га, можно оросить в перспективе около 123 млн. га (1,23 млн. км2).

Институт географии Академии наук СССР (Герасимов, 1962) максимально возможную площадь орошения в перспективе на территории СССР принимает равной 60 млн. га, вдвое меньше полученной нами. В наших расчетах перспективных площадей орошения по среднему году не были приняты во внимание для умеренного пояса усвояемые запасы влаги в почве. Этот резерв водных ресурсов приблизительно соответствует разнице между потребностью в воде сельскохозяйственных культур в сухой и средний по метеорологическим условиям годы. А так как пропускную способность ирригационных систем принято рассчитывать на 75%- и даже 95%-ную обеспеченность влагой орошаемых сельскохозяйственных культур, то такой резерв водных ресурсов для аридных и полуаридных регионов умеренного пояса представляется неизбежным.

Второй основной проблемой оросительных мелиорации, кроме обеспеченности водой, является также проблема обеспеченности пригодной для орошения землей.

Возможности расширения посевных площадей за счет орошения далеко не везде благоприятны. В аридных зонах большие площади земель заняты песками или засоленными почвами, мало пригодными для экономически выгодного орошения.

В связи с этим сошлемся на данные ФАО Организации Объединенных Наций, которая специально занимается проблемой продовольствия с учетом перспективных потребностей в нем всего населения земного шара.

По данным ФАО 1953 г. (Фюрон, 1966), площадь, использованная в земледелии всего земного шара, в перспективе может быть расширена на 3,7 млн. км2, не считая СССР.

Если к этому числу приплюсовать 1,23 млн. км2, которые в СССР в будущем можно превратить в орошаемые земли, то суммарные возможности расширения орошаемых земель в пределах всей суши составят около 4,9—5 млн. км2.

Случайно это число почти совпало с другим числом — 5— 6 млн. км2, полученным нами при оценке перспектив орошения на основе учета устойчивого речного стока со всей суши.

По всем природным зонам изменение интенсивности биофизического влагооборота под воздействием орошения является однозначным: повсюду интенсивность его увеличивается до пределов полного использования в каждом данном пункте и в данном году теплоэнергетических ресурсов, если подается достаточно воды.

Современные биофизические методы дают исследователю и практику возможность оценить меру изменения этой интенсивности в любых географических условиях по разности между максимально возможным испарением, или испаряемостью, и фактическим суммарным испарением.

В виде примера приведем результаты (табл. 13) расчетов дефицита испаряемости (оросительные нормы), полученные в Украинском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (Алпатьев С. М., 1966) для полупустынных, степных и лесостепных провинций Европейской территории СССР. Оросительные нормы рассчитаны биоклиматическим методом как разности между испаряемостью и испарением, они могут служить мерой возможного изменения в средних широтах фактического испарения при орошении.

В табл. 13 приведен дефицит испаряемости для культур короткого (яровая пшеница) и длительного (сахарная свекла) периодов вегетации. Первая из них не использует полностью теплоэнергетических ресурсов, особенно в полупустынях и степях; вторая же культура вегетирует до осени, что обеспечивает использование теплоэнергетических ресурсов не менее чем на 75—80%.

В общем виде можно считать, что фактическое испарение с полей, занятых культурными растениями, под воздействием орошения увеличивается пропорционально дефициту испаряемости, равному разности между испаряемостью и испарением.

В географическом аспекте дефицит испаряемости на равнинах возрастает от высоких к низким широтам, достигая максимума в субтропических широтах. Очевидно, в том же направлении возрастают и затраты воды на орошение на единицу площади.

В тропических широтах дефицит испаряемости, а следовательно, и оросительные нормы постепенно убывают с продвижением к экватору и во многих провинциях экваториальной зоны, например, в Амазонии, в бассейне Конго, на Зондском архипелаге, где атмосферных осадков выпадает много и они равномерно распределены в течение года, надобность в орошении практически отпадает, хотя и там есть провинции, где орошение необходимо.

В экваториальной зоне вследствие высокой относительной влажности воздуха заметно убывает испаряемость, что способствует более экономному использованию воды в процессе образования органического вещества и уменьшению потребности в воде фитоценозов по сравнению с субтропическими и тропическими провинциями.

Орошение, как теперь достаточно хорошо известно, существенно влияет как на радиационный баланс, так и на соотношение составляющих теплового баланса подстилающей поверхности. Оно увеличивает радиационный баланс подстилающей поверхности приблизительно на 10% в провинциях степей (Константинов, Сакали, Гойса, Олейник, 1966) и на 40—50% в пустынях умеренного пояса (Алисов, Дроздов, Рубинштейн, 1952). Последнюю величину без существенной погрешности, по-видимому, можно распространить и на субтропические пустыни. Увеличение остаточной радиации (радиационного баланса) на орошаемых землях обусловлено уменьшением альбедо и излучения длинноволновой радиации.

Орошение увеличивает затраты тепла на испарение, количественное представление о чем дает дефицит испаряемости. По природным зонам это увеличение по сравнению с естественным увлажнением колеблется от нуля для смешанных лесов и южной тайги, где орошение требуется в редкие годы, до 50—100% в степях и до 500—1000% в пустынях умеренного пояса. В субтропических пустынях на орошаемых массивах затраты тепла на испарение возрастают в 10—20 раз по сравнению с неорошаемыми землями.

Одновременно орошение уменьшает турбулентный поток тепла в приземные слои тропосферы, что способствует снижению температуры воздуха.

Изменения метеорологических условий орошаемых полей различны в разных природных зонах. По обобщениям С. А. Сапожниковой (1948), в лесостепях эти изменения минимальны: в травостое на высоте 0,5 м над поверхностью почвы на орошаемом поле температура воздуха на 2° ниже, чем на неорошаемом, а дефицит влажности воздуха на 5 мм меньше. В пустынях умеренного пояса аналогичные изменения максимальны: температура воздуха на 4—5° ниже, а дефицит влажности воздуха на 15—20 мм меньше. Эти значения получены по средним суточным величинам в июле—августе.

Итак, микроклиматические изменения под воздействием орошения наиболее существенны в условиях пустынь, сохраняются, хотя и с меньшим эффектом, даже в лесостепях. В лесной зоне умеренного пояса они проявляются, по-видимому, только в сухие годы и носят сугубо локальный характер вследствие применения орошения на ограниченных площадях. Кроме того, метеорологические режимы орошаемых и неорошаемых участков в этой зоне, характеризующейся, в общем, гумидным климатом, мало контрастны, что сводит к минимуму микроклиматический эффект различных подстилающих поверхностей.

Поскольку за меру увеличения интенсивности биофизического влагооборота было принято увеличение испарения до пределов испаряемости (дефицит испаряемости), можно считать доказанным однозначный характер его изменения под воздействием орошения во всех природных зонах, где это преобразование необходимо.

Однако остается неясным одно важное обстоятельство: может ли изменение биофизического влагооборота под действием орошения существенно повлиять на другие типы влагооборота глобального характера, например на атмосферно-континентально-океанический влагооборот, или его воздействие в основном остается локальным.

Нет сомнения в том, что орошение в перспективе на площади 5—6 млн. км2 в первую очередь существенно изменит влагосодержание в тех секторах тропосферы, которые непосредственно расположены над территориями будущего орошения. И тем не менее, если принять, что в перспективе основные площади орошения будут размещены между 10 и 50° в северном и южном полушариях, а дефицит испаряемости составит в среднем около 500 мм, в таком случае в тропосферу будет поступать дополнительно в течение вегетационного сезона около 2500 км3, что соответствует 0,5% всего объема воды, выпадающей из атмосферы в течение года на поверхность Земли. Такое количество водяного пара не в состоянии заметно повлиять на глобальные влагообороты.

Значительно большее дополнительное поступление пара воды в атмосферу могло бы иметь место непосредственно над орошаемыми землями. Однако пары воды вследствие постоянной циркуляции воздушных масс и диффузии сильно рассеиваются в разных направлениях, поэтому, видимо, нет оснований ожидать значительного увеличения атмосферных осадков над орошаемыми землями и тем более вне их.

Можно безошибочно утверждать, что в пустынях и полупустынях, где относительная влажность воздуха удерживается на низком уровне (в Туркмении, например, в летние месяцы относительная влажность воздуха 20—40%), дополнительное испарение за счет орошения не может увеличить вероятность образования облаков и выпадения осадков, так как оно не в состоянии поднять относительную влажность воздуха до уровня 55— 75%, при котором образование осадков происходит наиболее интенсивно (Дроздов и Григорьева, 1963).

Только в травостое орошение может увеличивать относительную влажность воздуха до указанных пределов даже в пустынях. Но уже на высоте 2 м от поверхности почвы, тем более выше, микроклиматический эффект его резко убывает, что давно было установлено по наблюдениям сотрудников Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (Айзенштат, Кириллова и др., 1952) на плантациях хлопчатника в Средней Азии.

А. П. Гальцов (1964), а также К. В. Кувшинова (1964) недавно попытались рассчитать, насколько изменятся осадки в горах Средней Азии, если воды Амударьи будут использованы на орошение в количестве 48 км3. Оба исследователя пришли к выводу, что это мероприятие не приведет к увеличению осадков, так как влагосодержание в атмосфере за счет дополнительного притока влаги от испарения будет изменено на незначительную величину, 0,3 кг/м2, что составляет несколько более 1% прежнего влагосодержания.

К. В. Кувшинова (1964) расчет влагосодержания производила по формуле: Q = 0,225q850 + 0,175q700 + 0,10q500, где q —средняя удельная влажность на уровнях 850, 700 и 500 мб, Q — общее влагосодержание в столбе воздуха высотой 5 км и основанием 1 м2.

Однако в степях и лесостепях (по-видимому, и в саваннах), где относительная влажность атмосферы в среднем за теплый период в умеренном поясе равна 55—60%, что значительно выше, чем в пустынях, дополнительное испарение влаги с орошаемых массивов может привести к некоторому увеличению осадков, если масштабы оросительных мелиорации достаточно велики.

По расчетам О. А. Дроздова (Дроздов и Григорьева, 1963), использование для орошения объема воды 50 км3 в год в низовьях Волги и Дона могло бы увеличить осадки в теплый период в сухих степях на 22% за счет воздействия дополнительного испарения в размере 200 мм на относительную влажность и температуру воздуха. Если учесть, что водяной пар рассеивается во все стороны, то мелиоративный эффект орошения, влияние на выпадение атмосферных осадков, будет значительно меньше.

Оценивая расчеты Дроздова, нельзя не отметить их гипотетичность, о чем упоминает и сам автор. Она вытекает из допущения нереальной для этих районов площади орошения (25 млн. га), положенного в основу расчетов.

Итак, несмотря на значительный локальный эффект орошения, сопровождаемый значительным изменением микроклимата, орошение не в состоянии сколько-нибудь существенно изменить макроклимат и заметно повлиять на интенсивность влагооборо-тов глобального типа.

Адвективный перенос водяного пара с океана на сушу, по крайней мере в умеренных широтах, настолько доминирует в атмосферно-континентально-океаническом влагообороте, что дополнительное испарение с орошаемых земель на площади 5— 6 млн. км2 ничего качественно нового не может внести в этот процесс глобального масштаба. Чтобы убедиться в этом, достаточно указать, что в средних широтах Евразии адвективные осадки, по расчетам О. А. Дроздова, А. С. Григорьевой, О. Г. Сорочан, В. В. Орловой, О. Д. Кодрау и др., составляют не менее 90—95% общего количества осадков.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.