Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Аккумулятивная стадия развития овражных систем в суходолах и противоэрозионная защита земель

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Кравченко, Роман Алексеевич, Москва

Российская Академия наук Институт географии

На правах рукописи

Кравченко Роман Алексеевич

Аккумулятивная стадия развития овражных систем в суходолах и противоэрозионная защита земель (на примере Курской области)

Специальность 11.00.04 -"Геоморфология и эволюционная география"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научные руководители: доктор географических наук Б.И. Кочуров, доктор географических наук Ф.Н. Лисецкий

Москва - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................................4

Глава 1. Природные условия Курской области и предпосылки развития водно-эрозионных процессов.......................10

1.1. Физико-географическое положение...................................................10

1.2. Геологическое строение и рельеф.......................................................10

1.3. Климат и воды......................................................................................14

1.4. Почвы и растительность......................................................................18

Глава 2. Особенности развития эрозионно-

аккумулятивных процессов в

овражных системах.....................................................................22

2.1. Развитие донных и береговых оврагов...........................................-.29

2.2. Влияние развития донных оврагов на

береговые..............................................................................................43

2.3. Процессы аккумуляции в развитии промоин, и

их влияние на смыв почвы..................................................................71

Глава 3. Развитие эрозионных процессов на склонах с системой стокорегулирующих антропогенных форм рельефа........................................................................78

3.1. Функционирование элементов противоэрозионной стокорегулирующей системы..............................................................81

3.2. Развитие склонов под влиянием антропогенных форм рельефа...........................................................................95

3.3. Анализ мер по защите земель от оврагов........................................105

Глава 4. Некоторые подходы к созданию системы

противоэрозионной защиты земель........................................109

4.1. Использование активных природных тенденций

в противоэрозионной защите земель..............................................109

4.2. Некоторые рекомендации по оптимальному функционированию противоэрозионной

стокорегулирующей системы...........................................................112

4.3. Два пути противоэрозионной защиты

земель...................................................................................................116

Заключение.................................................................................................120

Библиографический список использованной литературы..................122

Введение

Необходимость изучения закономерностей фдювиального релье-фообразования, механизмов саморегулирования эрозионно-аккумулятивных процессов определяется наличием ряда нерешенных научных проблем теоретического и прикладного характера. Аккумуляция оказывает влияние на развитие эрозионных форм. Это одно из проявлений тесной взаимосвязи эрозии и аккумуляции. Однако изученность общих закономерностей аккумулятивной стадии развития эрозионных форм остается недостаточной. Так крайне мало исследованы особенности аккумулятивной стадии развития в овражных систем. Существует ли связь этого процесса в разных частях системы? Нерешенным и дискуссионным остается вопрос о том, приводит ли аккумуляция наносов по днищам эрозионных форм к снижению активности эрозии на склонах. Является ли чередование эрозионного вреза и заполнения овражных систем следствием изменения внешних факторов, или это закономерное проявление внутренней противоречивости флювиального процесса?

Обозначенные проблемы актуальны не только для развития теории современной геоморфологии, но и для решения прикладных задач. В связи с тем, что Курская область расположена в зоне активного проявления эрозионных процессов и является территорией преимущественно сельскохозяйственного использования земель, особую значимость приобретает разработка и совершенствование методов борьбы с эрозией. Необходима оценка возможности использования природных процессов, сдерживающих эрозию. Применение существующих проти-воэрозионных систем, основанных на сооружении стокорегулирую-щих антропогенных форм рельефа, позволяет уменьшить отрицательное воздействие водной эрозии на сельскохозяйственные земли. Однако антропогенные формы рельефа накладывают свои особенности на

развитие фтовиальных процессов. В связи с этим одной из важных задач является изучение функционирования подобных систем.

Основной целью работы является изучение аккумулятивной стадии развития овражных систем, связанной с внутренними закономерностями флювиального рельефообразования, и совершенствование противоэрозионной защиты земель.

Для решения поставленной цели были намечены следующие основные задачи:

1. Изучить особенности аккумулятивной стадии развития овражных систем.

2. Оценить возможность использования аккумуляции наносов для снижения эрозионной активности на склонах.

3. Выявить особенности развития эрозионных процессов на территориях с применением стокорегулирующих антропогенных форм рельефа и предложить рекомендации по совершенствованию противо-эрозионной защиты земель.

Основные методы, использованные в работе, - это традиционные, общепринятые в геоморфологии приемы изучения динамики эро-зионно-аккумулятивных процессов с помощью анализа разновременных аэрофотоснимков. А также полевые исследования, проводимые с целью определения морфометрических характеристик, динамики эрозионных форм и изучения современных отложений.

Основные результаты были получены при исследовании овражных систем в суходолах (балках) правобережья среднего течения р.Сейм в пределах Курской области, и изучении 5 ключевых участков с системой стокорегулирующих сооружений, расположенных в северной, центральной, и южной частях области. На рис.1 показано местоположение объектов с указанием основных исследовательских задач.

В основу работы положены материалы полевых исследований, проведенных автором в 1993-97 гг. Для решения различных научных

Касторное

П

О 10 30км

I. I—I—I

У 1 о Тим г %.Сейм

В)

Условные обозначения:

8

Рис. 1 Местоположение объектов исследования

о\

Условные обозначения к рис. 1

1 - граница области, 2 - населенные пункты, 3 - реки, 4 - горизонтали.

Основные исследовательские задачи на различных объектах:

5 - исследование развития отдельных овражных форм и их мор-фометрических показателей, изучение современных отложений, 6 -ключевой участок по изучению влияния развития донных оврагов на береговые, 7 - изучение развития противоэрозионной системы стоко-регулирующих антропогенных форм рельефа (2 - номера ключевых участков), 8 - изучение влияния оврагозакрепительных сооружений на развитие эрозионных процессов, 9 - обследование территорий с проведенными в начале XX века противоовражными мероприятиями, 10 -обследование донных оврагов в зоне влияния прудов

задач было обследовано разное количество объектов. Определение соотношения эрозии и аккумуляции в оврагах потребовало изучения 214 эрозионных форм. Исследованы морфометрические показатели 112 оврагов. При изучении развития овражных систем было обследовано 990 оврагов. Для выяснения закономерностей развития многоярусных эрозионных форм рассмотрено 204 оврага. Проведены полевые исследования развития эрозионных процессов под влиянием линейных стокорегулирующих антропогенных форм рельефа общей протяженностью более 172 км.

Более подробное описание методов примененных на различных объектах приводится в чередовании с описанием полученных результатов. Автором принята структура изложения материала без выделения самостоятельного методического раздела.

Научная новизна работы:

Впервые исследованы особенности аккумулятивной стадии развития эрозионных форм внутри овражных систем. Доказана связь этого процесса между донными и береговыми оврагами. Установлено, что внутрисистемные превращения циклического развития оврагов обусловлены внутренними закономерностями флювиального процесса. Приводятся доказательства выдвинутого ранее А.И.Скомороховым положения о возможности использования аккумуляции наносов в качестве метода борьбы с эрозией на склонах. В условиях функционирования на склонах антропогенных форм рельефа выявлено зигзагообразное развитие пространственной структуры линий стока. Дана оценка воздействия на эволюцию рельефа системы стокорегулирующих сооружений, как потенциально эрозионно опасного. Предложен метод совершенствования системы противоэрозионной защиты земель.

Практическая значимость работы:

Теоретически обоснованная возможность применения перспективных противоэрозионных методов, основанных на учете активной

роли аккумуляции наносов, может быть использована для дальнейшей конкретизации и опытного внедрения. Предложенные рекомендации по оптимальному функционированию стокорегулирующих антропогенных форм рельефа могут быть применены для дальнейшего совершенствования традиционных систем противоэрозионной защиты земель.

Основные защищаемые положения:

1. Принципиальная схема аккумулятивной стадии развития овражной системы, отражающая специфическую особенность флювиаль-ного рельефообразования в донных и береговых оврагах.

2. Теоретическое обоснование методов борьбы с эрозией основанных на использовании аккумуляции наносов и изменении пространственной структуры стокорегулирующей системы по мере ее функционирования.

В работе, в ряде случаев употребляются устаревшие названия (по состоянию на конец 80-х годов) территориально-хозяйственных единиц (колхозов). Автор считает это целесообразным в связи с повышенной частотой переименований в 90-е годы и увеличением числа землепользователей.

Глава 1.

Природные условия Курской области и предпосылки развития водно-эрозионных процессов

1.1. Физико-географическое положение

Курская область расположена на юго-западных склонах Среднерусской возвышенности, в бассейнах рек Днепра и Дона, между 50°54' и 52°26' северной широты, 34°05' и 38°3г восточной долготы. Абсолютные высоты поверхности составляют величину порядка 130- 280 м. Значительные расстояния отделяют территорию области от крупных акваторий: около 700 км до Черного моря, 1000 км до Балтийского моря, 2300 км до Северного Ледовитого океана.

Для конфигурации территории области характерна некоторая вытянутость с запада на восток. Расстояние между крайними северной и южной точками составляет 171 км, между западной и восточной - 305 км. Общая площадь области - 29,8 тыс. км2.

1.2. Геологическое строение и рельеф

Территория Курской области расположена в пределах Воронежской антеклизы. Докембрийский фундамент покрывает чехол оеадач-ных пород, представленных более молодыми отложениями, от палеозойских до современных. В рельефообразовании значительная роль принадлежит породам мелового возраста. Они представлены мелом, мергелем, трепелом. Среди палеогеновых и неогеновых отложений распространены пески, песчаники, глины. К миоцену относится закладка основных черт рельефа (Раскатов, 1969).

Четвертичные отложения распространены повсеместно и представлены глинами, песками, суглинками. Отмечены суглинки деллюви-ально-солифлюкционного, аллювиального, ледникового (крайний запад и восток области) происхождения. Вопрос о генезисе наибо-

лее широко представленной толщи покровных суглинков до конца не решен. По всей видимости правомерно говорить об их полигенетическом происхождении. Характерные черты покровных лессовидных суглинков в пределах области, это легкий механический состав, пористость, цвет от палево-желтого до коричневато-желтого (Галицкий, 1975; Кабанова, 1985а и др.).

Возникновение различных форм рельефа связано с изменением лессовидных пород под воздействием разных видов флювиального процесса. Как было отмечено Н.И. Маккавеевым (1955), лесс удерживается в вертикальном откосе при скоропроходящем временном увлажнении, тоща как породу, попавшую в русло, речные воды насыщают, полностью уничтожая.

Основной характеристикой эрозионной прочности горных пород принято считать допускаемую неразмывающую скорость потоков. По данным ряда авторов ( Косов и др., 1973; Косов, Любимов, 1974; Бастраков, 1977 и др.) эта величина для мергелей составляет 2,1-3,1 м/сек. Допустимая неразмывающая скорость для суглинков находится в пределах 0,4-1,0 м/сек, в зависимости от механического состава породы.

В современном рельефообразовании в качестве ведущего выделяется флювиальный процесс. На рассматриваемой территории сформировался водно-эрозионный долинно-балочный тип рельефа (Спиридонов, 1953). Современные тектонические движения составляют величины порядка первых мм в год. По данным Р. В. Кабановой (19856) скорость поднятия поверхности составляет 3,6 мм в год для г.Курска, 2,6 мм - гЛьгов, 1 мм - - пос.Хомутовка, 4 мм - пос. Золотухине, В результате исследования современных тектонических движений в районе трассы тройного нивелирования Тернополь-Курск проведенного С.К.Гореловым с соавторами (1963) выявлено, что поднятие поверхности в районе г.Курска сменялось движениями противополож-

ного знака. Причем тенденция погружения поверхности прослеживалась далеко на восток. Авторы отмечают, что "поднятие" района Курска возможно объясняется недостаточным количеством геодезических данных.

При характеристике особенностей рельефа разные исследователи (Галицкий, Кудинова, 1976; Посеймье, 1983, Кабанова, 19856 и др.) выделяют его общие отличительные черты. Рельеф области является холмисто-увалисто-долинно-овражно-балочным. Самыми крупными формами рельефа являются возвышенности (гряды). По наиболее высокой (до 288 м) Тимско-Щигровской гряде, расположенной в восточной части области проходит основной водораздел между бассейнами Днепра и Дона. В северо-западной часта области между долинами рек Тускари и Свапы находится Фатежско-Льговская гряда. Обоянская возвышенность субширотного простирания расположена между долинами рек Сейм и Псел. Дмитровско-Рыльская гряда на западе области занимает правобережные пространства по рекам Свапе и Сейму.

Возвышенности расчленены долино-балочной сетью. Речные долины хорошо разработаны, имеют надпойменные террасы. В наиболее крупной долине р.Сейм выделяют до четырех террас (Даньшин, 1936; Кабанова, 1960). Отличительной чертой речных долин является их асимметрия. Наличие крутого правого склона обусловлено смещением рек согласно закона Бэра-Бобине. На р.Сейм представлена максимальная по ширине пойма (до 8-10 км). К пойме р.Сейм в юго-западной части области приурочены наименьшие абсолютные высотные отметки (до 130 м).

Широко распространенные балочные формы имеют длину от первых сотен метров до нескольких километров. Классифицируя балочные формы Т.Д. Гайворон (1997) выделяет лощины (верхнее звено балочной сети), балки (ящикообразные), балки-суходолы, которые

подразделяются на: короткие (циркообразные и чашеобразные), данные с отвершками, слаборазветаленные (широкие и узкие), древовидные. А также отмечаются наиболее длинные (достигающие 8 км и более) балки-долины.

Днища балок повсеместно подстилает толща аллювия. Характер балочных наносов типичен для отложений сосредоточенного потока, причем как замечает А А.Величко (1961) подобные отложения отмечаются даже там, где в балках нет постоянно действующего водного потока. Широко распространены широкие и плоские днища балочных форм. Характер сопряжения склонов и днища может быть различным. Это плавный, постепенный переход, или же четко выраженный излом между подножием склона и широким, плоским дном. Характерно асимметричное строение балок, связанное с инсоляцией склонов, и развитием эрозионных процессов. Склоны южной экспозиции более крутые, склоны, обращенные на север, - отлогие.

Обращает на себя внимание различная морфология балок, приуроченных к право- и левобережью р.Сейм. Бажи правобережья характеризуются глубиной до 30-50 м, крутыми склонами, хорошо выраженными бровками. Балки левобережий имеют небольшую глубину, отличаются мягкими, плавными очертаниями, часто со слабовыра-женными бровками.

Развитие эрозионных процессов в значительной степени определяется конфигурацией, крутизной и длиной склонов. Для рассматриваемой территории наиболее характерны водораздельные склоны длиной 400-800 м, хотя встречаются склоны протяженностью более 1 -1,5 км. Крутизна склонов возрастает от водораздела по направлению к балочной бровке и достигает 5 градусов. Но в зависимости от формы продольного профиля часто наблюдается более сложное чередование отрезков склона с различной крутизной. Распространены следующие формы продольного профиля склонов: выпуклая, вогнутая, прямая,

вогнуто-выпуклая. Форма поперечного профиля склонов (вогнутая, выпуклая, прямая) определяет форму водосбора (собирающую, рассеивающую, нейтральную).

Одной из характерных черт рельефа Курской области является широкое распрос�