Поймой называется часть речной долины или приозерного понижения, заливаемая паводковыми водами.

В поймы поступает материал, выносимый поверхностным и грунтовым стоком с территории бассейна. Питательные вещества, поступающие в составе этого материала, при правильном использовании почв обеспечивают высокое эффективное плодородие. На пойменных землях обычно достаточно влаги. Это благоприятное сочетание факторов жизни растений создает условия для получения высоких и устойчивых урожаев на пойменных землях, для улучшения снабжения индустриальных центров овощами и продуктами животноводства.

Мелиорация пойменных земель имеет следующие задачи:

• 1) регулирование водно-воздушного режима,
• 2) регулирование отложений наносов,
• 3) борьба с водной эрозией.

Кроме того, в поймах рек засушливых областей приходится регулировать солевой режим и предпринимать меры борьбы с засолением. Эти задачи решаются осушительными и оросительными мелиорациями на территории поймы, регулированием гидрологического режима реки и поступления паводковых вод на пойму.

При решении третьей задачи также используются такие инженерно-технические мероприятия, как укрепление берегов, устройство струенаправляющих сооружений, т. е. мероприятия, предотвращающие эрозию без изменения гидрологического режима в целом.

Почвы и грунты пойм формируются при большом участии аллювиальных процессов. Их водный и питательный режим тесно связан с гидрологическим режимом реки и с динамикой грунтовых вод. При мелиорации пойменных почв необходимо учитывать эти особенности.

Пойма делится на три основных геоморфологических элемента:

• прирусловая,
• центральная,
• притеррасная части.

Прирусловая пойма:

• расположена вдоль действующего или затухшего русла;
• имеет гривистый рельеф, высокие отметки местности, часто отделена от русла прирусловым валом;
• сложена легкими по механическому составу слоистыми отложениями с менее мощными суглинистыми прослойками;
• прирусловая пойма хорошо дренирована.

Центральная пойма более понижена, покрыта отложениями стоячих или медленно текущих вод, гранулометрический состав грунтов суглинистый и глинистый; как следствие миграции русла на некоторой глубине встречаются «погребенные» почвы.

В центральной пойме имеются избыточно увлажненные и заболоченные территории. Центральную пойму по высоте можно разделить на три уровня: низкий, средний и высокий.

Притеррасная пойма представляет собой обычно заболоченное понижение, прилегающее к склону первой надпойменной террасы. В некоторых случаях она отсутствует (например, в нижнем течении рек Волги, Урала). В поймах рек лесной зоны притеррасная пойма нередко представляет собой заторфованное ольховое болото.

Почвенные процессы в поймах определяются двумя группами факторов:

• 1) факторами, связанными с режимом реки (аллювиальные процессы, ритмичность, изменение природных условий, зависящее от ритмичности гидрологического режима и пр.),
• 2) факторами зональными, действующими как на водоразделах, так и в пойме. На первых этапах развития почв преобладающее влияние оказывает первая группа факторов, в последующем их действие ослабевает, и ведущее значение приобретают зональные факторы.

На первых этапах своего развития пойменные почвы представлены малогумусными, малосфрмированными слоистыми почвами. В прирусловой пойме это хорошо дренированные почвы, которые могут использоваться под многолетние сельскохозяйственные культуры, нуждаются в удобрении и обогащении органическим веществом. В центральной пойме, где дренаж хуже, почвы часто требуют осушительных мелиораций.

В пойменных почвах развивается дерновый процесс – образуются почвы лугового характера с большим или меньшим дерновым горизонтом, часто оглеенные на некоторой глубине. На этой стадии почвы отличаются наибольшим плодородием. Они используются как кормовые и полевые угодья с применением весьма разнообразных мелиораций; осушение, орошение, борьба с засолением. Проникновение некоторых зональных процессов в поймы задерживается при наличии кальция в полых водах. Кальций оказывает защитное действие и препятствует развитию таких процессов, как оподзоливание и осолонцевание.

С увеличением возраста поймы происходит врезание русла, понижение базиса эрозии и уменьшение обеспеченности поймы влагой. Почвенный покров приобретает черты зональности, образуются подзолисто-глеевые, лугово-черноземные, лугово-каштановые, луговобурые почвы, которые в последующем проходят стадии остепнения или опустынивания. На этой стадии развития почвы нуждаются в регулировании водно-воздушного режима, а в сухостепной и пустынной зонах – в регулировании солевого режима.

1. Мелиоративные мероприятия, осуществляемые в поймах

Регулирование водно-воздушного режима на пойменных почвах производится по-разному в зависимости от характера водного питания, рельефа, почвенного покрова, разработанности поймы.

В сравнительно нешироких, малоразработанных поймах заболачивание в той или иной мере связано с низкой пропускной способностью русла. Рассмотрим четыре случая мелиорации пойм такого характера в зависимости от источников водного питания (по Е.С. Маркову).

1. Заболоченные поймы намывного аллювиального питания. Водное питание за счет застаивания паводковых вод. Русло реки не справляется с задачей своевременного сброса воды. Осушение достигается регулированием русла и повышением его пропускной способности. Для перехвата поверхностного стока е водораздела проводится нагорная канава. Из понижений и западин на территории поймы вода удаляется тальвеговыми каналами.
2. Заболоченные поймы грунтового питания. Источники питания паводковые воды, которые застаиваются в результате неудовлетворительной работы водоприемника, и грунтовой поток, движущийся от водораздела и подпираемый высокими горизонтами воды в реке. В этом случае для мелиорации проводят регулировочные работы на реке для повышения ее пропускной способности. По верхней границе поймы устраивают ловчие каналы для перехвата грунтового потока. Если же мероприятий окажется недостаточно, то на осушаемой территории закладывают систематическую осушительную сеть.
3. Заболоченные поймы грунтово-напорного питания. Источник питания – грунтовой поток, движущийся от водораздела в пойму, прикрытый сверху водоупорной кровлей и находящийся под напором. Грунтовые воды местами выклиниваются, обусловливая заболачивание (на перегибах рельефа у бровок террас, в водопроницаемых воронках, прорезающих водоупорную кровлю). Обычно заболачивание за счет грунтово-напорного потока сочетается с подпором и застаиванием паводковых вод в результате неудовлетворительного состояния водоприемника. Осушение территории достигается проведением глубоких ловчих каналов, перехватывающих грунтовой поток по границе поймы, в местах выклинивания грунтовых вод. На осушаемой территории по «воронкам» выклинивания проводят дополнительные глубокие каналы. Ловчие каналы должны прорезать водоупорную кровлю и не менее чем на 0,5 м заглубляться в водоносный горизонт. Эти мероприятия сочетаются с работами по регулированию водоприемника.
4. Заболоченные поймы намывного делювиального питания. Источник питания – поверхностные воды, поступающие с водосбора. Рельеф ровный, грунты низкой водопроницаемости, поэтому делювиальные и паводковые воды застаиваются на поверхности. Мелиорация осуществляется проведением нагорных и тальвеговых каналов регулированием реки.

1.1. Обвалование

В широких, хорошо разработанных поймах регулирования русла не требуется или оно нецелесообразно по экономическим и техническим причинам. Регулирование водно-воздушного режима осуществляется обвалованием.

Обвалованием называется постройка дамб с целью ограждения территории от затопления. Оно применяется для защиты территории от паводковых вод, от морских приливов, от затопления водами искусственных водохранилищ, от затопления в результате блуждания русла реки.

Обвалование применяется для защиты территории от затопления водами искусственных водохранилищ.

При постройке водохранилища целесообразно обваловывать территорию с целью ликвидации мелководий. Мелководьями называются площади водохранилища с глубиной воды менее 2 м. Площади мелководий достигают значительных величин. Их отрицательное значение заключается в том, что они:

• а) ухудшают санитарную обстановку, способствуя развитию малярии;
• б) повышают потери воды на испарение;
• в) значительно увеличивают площадь водохранилища, в то же время почти не изменяя его энергетических возможностей.

Дамбы бывают затопляемые и незатопляемые. Затопляемые дамбы построены с таким расчетом, чтобы в период паводка часть воды, переливаясь через гребень дамбы, поступала на обвалованную территорию и производила бы ее увлажнение.

Незатопляемые дамбы имеют высоту большую, нежели наивысшие уровни паводка, и полностью ликвидируют поступление паводковых вод на защищаемый участок. Если возникает необходимость в его орошении, то в теле дамбы устраиваются шлюзырегуляторы или строятся насосные станции, при помощи которых вода подается на участок.

Незатопляемые дамбы устраиваются в случае длительных паводков и опасности эрозии при строительстве затопляемых дамб.

Обвалование поймы бывает:

• а) сплошное,
• б) кольцевое,
• в) с отводом русла реки по новому пути.

При сплошном обваловании в пойме возводятся дамбы, которые непрерывным барьером располагаются вдоль русла реки. Этот вид обвалования требует строительства больших дамб и значительной их протяженности. При сплошном обваловании происходит стеснение сечения долины, пропускающего паводок, это может вызвать нежелательное увеличение скорости течения воды и усиление эрозии. Сплошное обвалование полностью защищает пойму от наводнения.

Кольцевое обвалование широко распространено в ВолгоАхтубинской пойме и волжской дельте и осуществляется ограждением отдельного участка поймы кольцевой дамбой. Площади обвалованных участков в Волго-Ахтубинской пойме колеблются от нескольких десятков до нескольких тысяч гектаров. Если защищаемый участок граничит с незатопляемой террасой или коренным берегом, то дамбы сооружаются в виде полукольца, защищающего территорию со стороны поймы. Дамбы кольцевого обвалования обычно имеют меньшие размеры. Стеснение русла в этом случае меньше. Этот вид обвалования дешевле, нежели сплошное.

Обвалование с отводом русла реки по новому пути заключается в том, что пойма и русло реки перегораживаются дамбой. Старое русло осушается, а река направляется в обход обвалованного участка. При обваловании происходит уменьшение живого сечения поймы, по которому проходят паводковые воды. Это вызывает повышение горизонта паводковых вод и увеличение их скорости.

Размер дамб при обваловании зависит от высоты паводка, расхода воды в реке, размеров защищаемой территории, материала, из которого строится дамба.

Высота незатопляемой дамбы проектируется на 0,5–1,0 м выше максимального паводкового горизонта. Ширина дамбы и откосы определяются фильтрационными свойствами грунта с учетом его угла естественного откоса. Ширина дамбы должна исключать фильтрацию сквозь ее тело.

В случае неблагоприятных водно-физических свойств и опасности фильтрации в теле дамбы устраивается водонепроницаемый замок или закладывается дренаж в основании сухого откоса.

Размеры дамб обвалования колеблются в весьма широких пределах: по высоте от 1–2 до 10 м. Для защиты дамб от размыва мокрый откос крепится каменной кладкой или со стороны мокрого откоса высаживаются защитные древесные полосы.

Полосы должны размещаться не непосредственно у откоса, а несколько отступив от него (на 3–4 м), используются породы, хорошо переносящие затопление.

Если вода в течение круглого года находится около дамбы, то вдоль ее можно создать плавающий ковер из водных растений, который будет уменьшать волнобой.

1.2. Влияние обвалования на почву

Обвалование ликвидирует пойменный режим территории: обвалованный участок не получает влагозарядки за счет паводковых вод, прекращается отложение наилка и промывка. В результате обвалования понижается уровень грунтовых вод, изменяется ход почвообразования.

В поймах рек засушливых областей происходит остепнение и засоление почв. Во второй половине лета растения нередко страдают от недостатка влаги.

Для того чтобы почвы обвалованного участка продолжали получать плодородные осадки паводковых вод и для того чтобы предохранить их от засоления, рекомендуется сочетать обвалование с весенними влагозарядковыми поливами за счет паводковых вод.

Для этой цели при постройке защитных дамб устраиваются шлюзы, позволяющие производить в случае необходимости напуск воды на участок. Вода подается самотеком в период паводка или насосом.

Предотвращение некоторых отрицательных последствий обвалования может достигаться также использованием обвалованного участка для культуры риса.

В этом случае обвалованный участок засевается рисом и в течение всего вегетационного периода находится под водой. В результате происходит рассоление почв и создание запасов влаги, которые будут использованы в следующем году.

Обвалованные участки могут служить в течение некоторого времени как рыбоводные пруды. Опресненный и получивший влагозарядку участок затем идет под сельскохозяйственные культуры.

Наилучшим решением вопроса будет организация правильного орошения на обвалованном участке.

Во всех случаях при обваловании следует предусматривать строительство сооружений, которые в необходимое время будут подавать воду на обвалованный участок.

1.3. Подтопление и борьба с ним

Подтоплением называется повышение уровня грунтовых вод, нарушающее нормальную хозяйственную деятельность человека, происходящее в результате фильтрации воды из водоемов.

Источниками подтопления могут быть как естественные, так и искусственные водоемы. Понятие «подтопленная территория» связано с характером ее использования. Полевые угодья считаются подтопленными при глубине грунтовых вод менее 1 м от поверхности, населенные пункты страдают от подтопления при глубине грунтовых вод 2–3 м.

В естественных условиях подтопление имеет место при высоком бытовом уровне воды в реке. Подтопление возникает на берегах искусственных водоемов при малых уклонах берегов и в геологических условиях, благоприятствующих фильтрации воды.

Подтопление связано со строением подстилающих пород. Если на обвалованном участке в основании лежат хорошо проводящие воду породы, то это способствует проникновению воды на участок и развитию подтопления.

В основании пойменного аллювия обычно лежат крупнозернистые русловые пески. Отсюда следует, как правило, что в поймах строение подстилающих пород благоприятствует подтоплению. На обвалованном участке может возникнуть подтопление в результате фильтрации воды под телом защитной дамбы.

При слабовыраженном подтоплении происходит оглеение глубоких почвенных горизонтов, при больших степенях подтопления происходит сдвиг процесса почвообразования в сторону образования луговых почв, крайним выражением подтопления является заболачивание территории.

В поймах рек засушливых зон результатом подтопления наряду с заболачиванием является засоление территории.

Для борьбы с подтоплением используются следующие мероприятия:

1. Параллельно берегу и защитным дамбам, на некотором расстоянии проводятся ловчие каналы (береговой дренаж) для перехвата потока верховодки.
2. На обвалованной территории организуют тальвеговое осушение, т. е. проводят по понижениям каналы-собиратели, отводящие избыточную воду. Удаление воды может проводиться самотеком или насосными установками.
3. На обвалованной территории закладывается систематический дренаж.

1.4. Кольматаж

Кольматажем называется постепенное поднятие уровня поверхности осушаемой площади напуском на эту поверхность богатых наносами вод реки и отложения этих наносов.

Кольматаж – мелиоративное мероприятие, связанное с долинами рек. Он может осуществляться и на внепойменных территориях. Однако осуществление его целесообразно на участках, расположенных в непосредственной близости к реке.

Для проведения кольматажа необходим источник воды с достаточно большим расходом и значительным содержанием взвешенных веществ. Кольматаж применяется при мелиорации песчаных, галечниковых, хрящеватых малоплодородных наносов. В процессе кольматажа эти наносы покрываются илистым слоем и приобретают плодородие. Кольматаж, производящийся самотечной подачей воды и затоплением территории, протекает весьма долго (годы и даже десятки лет). Такое длительное затопление территории может повлечь за собой ухудшение санитарных условий. Это обстоятельство должно быть учтено при проектировании и проведении кольматажа.

Для составления проекта кольматажа необходимо знать содержание взвешенных веществ в реке, режим расхода наносов во времени, их гранулометрический и химический состав. От количества и качества взвешенных веществ в реке зависит режим кольматации. Регулируя скорость подачи воды на осушаемый участок, изменяют количество и качество оседающих взвешенных веществ.

Например, нижние горизонты вновь образующейся почвы могут быть менее плодородными, но должны быть более водопроницаемыми, верхние горизонты должны содержать более высокое количество илистых частиц, поэтому воду сначала пускают более быстрым током, на завершающих этапах кольматации скорость воды уменьшают.

Для проведения кольматажа необходимы следующие сооружения:

• водоисточник – река, богатая взвешенными веществами,
• водозаборное сооружение,
• водоподводящие каналы различных порядков,
• кольматационные площадки,
• система сбросных каналов,
• водоприемник.

Водозаборное сооружение конструируется таким образом, чтобы забирать воду из нижних слоев потока, богатых взвешенными веществами. Водоподводящие каналы строят с максимальными допустимыми уклонами, чтобы не происходило выпадения взвешенных веществ при их движении к кольматационным площадкам.

Кольматационные площадки ограждаются валами. Высота валов 0,75–1,5 м. Размер площадки зависит от рельефа: чем спокойнее рельеф, тем больший размер имеют кольматационные площадки.

Кольматаж производится двумя путями: периодическим наполнением площадок или непрерывно протекающей водой. В первом случае вода подается на площадку и находится на ней необходимое время. Взвешенные вещества выпадают из стоячей воды. Продолжительность стояния воды определяется крупностью материала в осадке. Во втором случае вода непрерывным медленным током поступает в верхнюю часть кольматируемого участка и непрерывно сбрасывается в нижнюю. Сброс воды с участка производится за счет верхних слоев. Регулируя скорость поступления воды, изменяют механический состав наращиваемого слоя почвы. Кольматаж периодический протекает быстрее, чем непрерывный, однако он требует больше надзора. Дамбы, каналы при периодическом кольматаже имеют большие размеры.

Для осуществления кольматажа требуется длительное время (годы и даже десятки лет), поэтому для кольматажа используют только территории, заболоченные или расположенные в ненаселенных районах. В период кольматирования санитарные условия могут ухудшаться. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании этого вида мелиораций. Кольматаж протекает значительно быстрее, если наносы подают в виде разжиженного грунта земснарядами. Земснаряды забирают ил со дна реки и по трубам подают его на кольматируемый участок. При этом река очищается от наносов, углубляется ее дно, улучшаются условия судоходства, увеличивается ее пропускная способность и одновременно осуществляется мелиорация участка, на котором отлагаются наносы. Такое использование земснарядов имеет широкое распространение в целях строительства. Вполне целесообразно проведение кольматации земснарядами и в сельскохозяйственных целях.