Как болота фильтруют воду?

Прочитала где-то что болота являются естественными фильтрами пресной воды. Как это работает?

boloto-elnia-7

Отвечает Дмитрий Груммо, заместитель директора по научной и инновационной работе Института экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси

Действительно, болота работают как фильтр. Здесь основной механизм: прохождение воды через торфяную залежь, которая работает как естественный фильтр. В зависимости от типа и глубины торфяной залежи пропускная способность (воды) болот составляет 100-685 м3/сут/га. Все это стоит денег.

Рассмотрим как это работает на примере болота Ельня. Экономическая оценка водоочистительной функции болотных экосистем определяется по их фильтрующей способности, сравниваемой с фильтрующей способностью промышленной очистной установки с пропускной способностью в 1500 м3/сут, цена которой в среднем достигает 50 000 USD, а срок службы – не менее 50 лет.

Верховые болота по сравнению с остальными типами обладают максимальной пропускной способностью 685 м3/сут/га, т.е. 2 га верхового болота очищают сточные воды эквивалентно одной промышленной очистной установке.

По результатам расчета, стоимостная оценка сорбционной (водоочистительной) функции верхового болота Ельня составляет 9 126 000 USD/год.

Отвечает Олег Созинов, заведующий кафедрой ботаники Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, доцент, кандидат биологических наук

На торфяном болоте движение воды осуществляется в основном путем фильтрации в растительном очёсе и в торфяной залежи в направлении градиента напора либо путем свободных потоков по поверхности болота и внутри залежи по водоносным жилам.

Болотный массив в отношении водопроницаемости представляет собой крайне неоднородную среду. Верхний его слой, сложенный живым растительным покровом и моховым очесом, обладает очень высокой водопроводимостью по сравнению с водопроводимостью основной массы торфяной залежи, особенно ее нижних горизонтов. Экспериментальными исследованиями установлено, что в слое толщиной 1-1,2 м коэффициент фильтрации уменьшается с глубиной в тысячи и десятки тысяч раз.
Особенно резкие изменения коэффициента фильтрации происходят в слое до 40 см от поверхности мохового покрова. Быстрое убывание водопроницаемости с глубиной в этом слое связано с уплотнением и различной степенью разложения растительных остатков, что приводит к уменьшению размера пор. В сильно разложенных торфах (до 55-65%) коэффициент фильтрации падает до миллионных долей сантиметра в секунду. Таким образом, торф с высокой степенью разложения по условиям водопроводимости приближается к глинам.

Водопроводимость торфа меняется и от его ботанического состава. В верхних слоях болотного массива, примерно до глубины 0,8-I м, влажность торфа периодически меняется в связи с колебаниями в этом слое уровня грунтовых вод. Периодическая аэрация верхнего слоя обусловливает в нем высокую активность биологических процессов. Это дало основание выделить верхний слой болота в особый активный, деятельный слой. Под ним располагается инертный, нижний слой. Он отличается малой водопроницаемостью, постоянством количества воды, отсутствием доступа воздуха и отсутствием аэробных микроорганизмов, способствующих образованию торфа. Границей между активным и инертным слоями служит среднее положение минимального уровня грунтовых вод в болотном массиве.

Строение заболоченного водосбора

Строение заболоченного водосбора

1 — пьезометрические уровни грунтовых вод в подстилающих торфяную залежь
грунтах в различные сезоны года; 2 — поверхность уровней грунтовых вод в торфяной
залежи; 3 — торф сфагновый и сфагново-пушицевый слаборазложенный (до 25%);
4 — торф среднеразложившийся с древесными остатками, плотный; 5 — суглинок и
супесь тяжелая, 6 — песок мелкозернистый, средне- и крупнозернистый; 7 —
переслаивание супеси и мелкозернистого песка; 8 — суглинок пылеватый; 9 — скважины.

Высокая водопроводимость активного слоя болота по сравнению с инертным слоем обусловливает его особую роль в гидрологических процессах болота. Вследствие больших величин коэффициента фильтрации в активном слое выпадающие на болото дожди не задерживаются на поверхности, а быстро просачиваются. Поэтому стекания воды по поверхности болот, как правило, не наблюдается.

При большом количестве осадков и во время снеготаяния уровень грунтовых вод поднимается и стоит вблизи поверхности болота. В хорошо фильтрующих слоях очеса начинается боковой подповерхностный сток.

Скорость фильтрации воды в болоте, согласно закону Дарси, определяется коэффициентом фильтрации и уклоном поверхности грунтовых вод. В условиях естественных болотных массивов уклоны поверхности грунтовых вод практически совпадают с уклонами поверхности болота. Величина их, как правило, незначительна:0,0001—0,005 (исключая горные болота на склонах). Несмотря на малые уклоны, скорость горизонтальной фильтрации в самых верхних слоях болота достигает значительных величин (по данным К. Е. Иванова, до нескольких десятков и даже сотен метров в сутки). Скорость фильтрации в инертном слое составляет всего 1,7-1,7 • 10-6 см/сутки или максимум 6 м/год.

Таким образом, скорость горизонтального стекания воды с болотных массивов путем фильтрации определяется главным образом водопропускной способностью деятельного слоя. Количество воды, пропускаемое деятельным слоем, огромно. Полевые наблюдения и расчеты показывают, что весной за сутки стекает с выпуклых болот слой воды до 10-15 мм, или до 150 м3 с 1 га. Расход горизонтального потока воды, фильтрующейся через инертную толщу, ничтожен и составляет менее 1% расхода, пропускаемого деятельным слоем. Направления горизонтальных потоков воды в торфяной залежи следуют уклонам поверхности болотного массива.

При котловинном залегании и выпуклой форме поверхности болота горизонтальная фильтрация направлена от центральных частей массива к периферии. Эти воды вместе с поверхностными и грунтовыми водами, стекающими с суходолов в котловину болота, образуют вдоль границы болотного массива топи и ручьи. Воды последних отводятся в ручьи-водоприемники, вытекающие из болота.

Литература

К. Е. Иванов. Водообмен в болотных ландшафтах. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1975 г.

Читайте также

How Do Wetlands Filter Harmful Substances? (англ.)

Поделиться:

Оставить комментарий