Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения

Кузнецова, Юлия Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения
ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения"

КУЗНЕЦОВА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА

ЭРОЗИОННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ хМЕЖДУРЕЧИЙ СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ ЗА ПЕРИОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ

25.00.25 - геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва-2011

4856280

Работа выполнена в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов имени Н.И. Маккавеева географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Голосов Валентин Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Болысов Сергей Иванович

кандидат географических наук, доцент

Гайворон Татьяна Дмитриевна

Ведущая организация:

Курский Государственный Университет

Защита состоится 17 февраля2011 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д-501.001.61 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет, 21 этаж, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на 21 этаже.

Автореферат разослан .....Т.............'....2011 года

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, МГУ, географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д-501.001.61, факс (495) 932-88-36. E-mail: science@geogr.msu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

А. Л. Шныпарков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время в условиях интенсивного хозяйственного использования обширных площадей актуальной стала проблема изучения трансформации рельефа освоенных территорий. В частности, это касается сельскохозяйственных районов центра Русской равнины, где массовая распашка ведется уже несколько веков и не может не влиять на преобразование рельефа. Пахотные земли преимущественно располагаются в пределах междуречных пространств. В связи с этим актуальным становится изучение геоморфологического функционирования междуречий. Длительность периода формирования, очевидная полигенетичность междуречий и представления об инертности большинства преобразующих их процессов, привели к тому, что основная часть современных исследований проводится на качественном, зачастую только теоретическом уровне. Однако инертность развития междуречий на равнинах умеренного пояса действительно имеет место лишь в естественных условиях. При активной хозяйственной деятельности экзогенные процессы становятся антропогенно ускоренными, их темпы увеличиваются на порядки величин. Ведущую роль в преобразовании рельефа междуречий в условиях равнин гумидных зон умеренного климатического пояса при интенсивном сельскохозяйственном освоении начинает играть комплекс эрозионно-аккумулятивных процессов. Это определяет необходимость количественной оценки данных процессов, изучения их динамики и влияния на изменение рельефа междуречий.

Цель исследования - количественно оценить темпы и динамику эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях за период сельскохозяйственного освоения центра Русской равнины и определить их влияние на изменение рельефа междуречий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ имеющихся в литературе представлений о междуречьях, их геоморфологическом строении и основных процессах переформирования;

2. Анализ существующих методов исследований и выбор наиболее подходящих для работы в выбранном пространственно-временном диапазоне;

3. Выбор ключевых объектов для детального исследования динамики и темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях;

4. Анализ геоморфологического строения выбранных участков исследований и локальных факторов развития эрозионно-аккумулятивных процессов;

5. Исследование особенностей эрозии почв и овражной эрозии на междуречьях, оценка их темпов и динамики за период сельскохозяйственного освоения выбранных районов;

6. Оценка репрезентативности полученных результатов и возможности их экстраполяции на более крупные территории.

Объекты и состав исследований. В качестве района исследований была выбрана Среднерусская возвышенность. Будучи практически полностью освоенной, эта территория отличается высокой для равнин Европейской части России интенсивностью эрозионных процессов (Литвин, 2002). В пределах северной (Орловско-Тульской) и центральной (Курско-Воронежской) геоморфологических подобластей Среднерусской возвышенности (Геоморфологическое районирование..., 1980) выбрано два ключевых бассейна: рек Зуши и Вороб-жи соответственно. Для оценки внутренних различий в геоморфологическом строении и определения эрозионного потенциала территорий был проведен детальный морфометрический анализ выбранных бассейнов. Динамика развития верхних звеньев эрозионной сети оценивалась путем сравнения доступных топографических карт за разные временные срезы. Темпы и динамика эрозионно-аккумулятивных процессов исследовались на ключевых участках в пределах выбранных бассейнов с помощью набора методов (почвенно-морфологический, радиоцезиевый, замеров водороин, совмещенная эмпирико-математическая модель иБЬЕ/ГГИ). На основании морфометрического анализа ключевых участков и геоморфологических выделов, в пределах которых они находятся, оценивалась репрезентативность полученных результатов и возможность их экстраполяции на более обширные по площади территории.

Полевые исследования проводились в период с 2003 по 2008 годы в составе экспедиций НИЛ Эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева.

Научная новизна работы:

1. Показана значимость процессов овражной эрозии и эрозии почв в развитии рельефа междуречий в условиях сельскохозяйственно освоенных гумидных равнин умеренного климата.

2. Применение комплекса независимых методов позволило дать количественную оценку темпов изменения рельефа междуречий Среднерусской возвышенности, их пространственной и временной дифференциации за период сельскохозяйственного освоения в различных масштабах: на отдельных склонах, на ключевых малых водосборах первых порядков, в бассейнах малых рек.

3. Оценены величины ошибок, связанных с использованием разномасштабных данных о рельефе территории при расчетах темпов смыва по эрозионным моделям и возникающих при распространении результатов количественной оценки перераспределения наносов на ключевых участках на более обширные по площади территории. Показана возможность определения пределов корректной экстраполяции таких данных на основании разномасштабного мор-фометрического анализа рельефа.

4. Проведен морфометрический анализ рельефа Среднерусской возвышенности с точки зрения влияния морфологии междуречных пространств на темпы и динамику эрозионно-аккумулятивных процессов и особенностей трансформации рельефа междуречий за период сельскохозяйственного освоения. Защищаемые положения:

1. Освоенность обрабатываемых склонов междуречий линейными эрозионными формами первых порядков определяется их геоморфологическим строением и зависит от длительности сельскохозяйственного использования территории.

2. Динамика, темпы и внутрисклоновая вариабельность эрозионно-аккумулятивных процессов на распаханных склонах междуречий различной конфигурации обусловлены собственно морфометрией склонов и особенностями сельскохозяйственной обработки конкретного склона.

3. Для эрозионно-аккумулятивных процессов характерен волновой характер, связанный как с микрорельефом, так и с самоорганизацией потоков воды и наносов на склоне.

4. Разномасштабный морфометрический анализ междуречий является основой для выбора репрезентативного ключевого объекта для оценки динамики эро-зионно-аккумулятивных процессов и последующего распространения полученных результатов на обширные территории.

Практическая значимость. Систематическое изучение эрозионно-аккумулятивных процессов на распаханных междуречьях гумидных равнин позволяет выявить особенности динамики рельефа междуречий и количественно оценить темпы их изменений. На основании этих результатов возможны прогнозы функционирования междуречий и эрозионной сети в их пределах в зависимости от климатических изменений, типа и степени антропогенного воздействия, а также рекомендации по выбору оптимальных системых почво-и водоохранных мероприятий.

Результаты исследований нашли своё отражение в отчётах по проектам РФФИ № 04-05-64215-а (Морфодинамика склонов междуречий освоенных территорий центра Русской равнины), № 07-05-00193-а (Динамика осадкона-копления в долинах малых рек Русской равнины в позднем голоцене) и № МК-8023.2010.5 (Прогноз динамики эрозионно-аккумулятивных процессов на малых водосборах Среднерусской возвышенности в условиях естественных и антропогенных изменений окружающей среды).

2010); Всероссийской конференции (VI Щукинские чтения) "Геоморфологические процессы и их прикладные аспекты", Москва (2010); Всероссийской конференции "Теория геоморфологии и ее приложение в региональных и глобальных исследованиях" (Чтения памяти H.A. Флоренсова), Иркутск (2010). Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы (252 наименования). Содержательная часть работы изложена на 192 страницах текста, иллюстрирована 99 рисунками и включает 27 таблиц.

Благодарности. Автор искренне благодарен научному руководителю, доктору географических наук В.Н. Голосову за поддержку и постоянное внимание в ходе работы, заведующему НИЛ Эрозии почв и русловых процессов, доктору географических наук, профессору P.C. Чалову за помощь в организации работы, доктору географических наук, профессору Ю.Г. Симонову и кандидату географических наук A.B. Панину за ценные научные консультации, доктору географических наук Л.Ф. Литвину и кандидату географических наук H.H. Ивановой за конструктивную критику работы на подготовительной стадии, кандидатам географических наук В.Р. Беляеву и М.В. Маркелову за постоянное сотрудничество в ходе полевых и камеральных работ и конструктивную критику диссертации, а также сотрудникам, аспирантам и студентам МГУ, принимавшим участие в полевых работах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Междуречья и особенности эрозионных процессов в их пределах

Понятие о междуречье неразрывно связано с основными представлениями о речной долине. И если последнюю в геоморфологии традиционно рассматривают как форму рельефа с присущими ей элементами - склонами и днищем, то о междуречье до сих пор нет единой устойчивой точки зрения и однозначной трактовки (Философов, 1955; Тимофеев и др., 1977; Геологический..., 1978; Щукин, 1980; ГЭС, 1988; Мильков, 1990; Ананьев, 1992; Ахро-

меев, 2002 и др.). В данной работе принята трактовка термина, наиболее детально разработанная В.П. Философовым (1955), Л. Кингом (1967), Г.С. Ананьевым (1992, 2004) и уточненная автором. Под элементарным междуречьем понимается сложная форма рельефа, состоящая из вершинной поверхности и склонов и выделяемая на одном иерархическом уровне с речными долинами. Граница между вершинной поверхностью и склонами проводится в соответствии с теорией о структуре эрозионных процессов - по верхнему пределу распространения линейных эрозионных форм (оврагов и ложбин).

В естественном состоянии междуречья принято рассматривать как инертные формы рельефа, однако в условиях активного сельскохозяйственного освоения актуальным становится изучение их эрозионного преобразования. Темпы модификации рельефа распаханных междуречий увеличиваются. Основными процессами их преобразования становятся антропогенная плоскостная, ручейковая, овражная, ветровая и механическая эрозия. Эоловые процессы в работе детально не рассматриваются, так как их интенсивность в пределах Среднерусской возвышенности в последние сотни лет чрезвычайно низка (Ларионов, 1993 и др.). Следует отметить, что для разных элементов междуречий характерны свои ведущие типы эрозионно-аккумулятивных процессов. На вершинных поверхностях по объемам переработанного материала преобладают плоскостной смыв и ручейковый размыв с образованием эфемерных эрозионных форм, на склонах междуречий на первое место выходит линейная эрозия с характерными выраженными эрозионными формами - оврагами.

В главе проведен обзор опубликованных данных об эрозии почв и овражной эрозии, детально рассмотрены факторы, типы и способы диагностики эрозионно-аккумулятивных процессов, а также особенностей их распространения на междуречьях.

Глава 2. Междуречья Среднерусской возвышенности

Среднерусская возвышенность занимает центральное положение на Русской равнине и протягивается от широтного отрезка Оки на севере до Донецкого кряжа на юге. В тектоническом отношении она представляет собой

мощный выступ кристаллического фундамента. Согласно геоморфологическому районированию России и сопредельных территорий (Геоморфологическое..., 1980), Среднерусская возвышенность представляет собой единую геоморфологическую область и разделяется на три подобласти: Орловско-Тульскую, Курско-Воронежскую и Калачско-Россошанскую (последняя в работе не рассматривается в связи с существенно отличным от остальной территории набором природных факторов развития эрозионно-аккумулятивных процессов).

Среднерусская возвышенность практически не испытывала непосредственного воздействия покровных оледенений. Основным типом четвертичных пород территории являются лёссовидные суглинки на севере и лёссы на юге. Почти повсеместно они покрывают междуречья чехлом мощностью в среднем 2-3 м (Мильков, Гвоздецкий, 1986). В настоящее время Среднерусская возвышенность представляет собой приподнятую денудационную равнину с длительно и интенсивно развивающимся эрозионным рельефом. Западная часть территории получает 500-600 мм осадков в год, к востоку и югу годовое количество осадков снижается до 400-500 мм. Основная часть территории находится в зоне лесостепей и лишь самая северная оконечность - в зоне смешанных лесов. В настоящее время большая часть территории освоена, естественная растительность почти везде сведена и сохранилась лишь фрагментарно.

Современный эрозионный рельеф Среднерусской возвышенности в значительной степени наследует древние флювиальные формы. Что касается современного развития овражной эрозии, то Среднерусская возвышенность расположена в пределах зон от умеренной до очень сильной овражности (География..., 2006). При этом, несмотря на сильную заовраженность большей части Среднерусской возвышенности, значительные районы в ее пределах до сих пор обладают высоким потенциалом развития овражной эрозии (География..., 2006). Среднерусская возвышенность характеризуется достаточно высокой почвенно-эрозионной опасностью и отличается максимальной для центра европейской части России интенсивностью эрозионных процессов (Литвин, 2002).

Глава 3. Методы исследований

Основным критерием в выборе методов для решения задач, поставленных в данной работе, является достаточно большой временной и пространственный охват исследований. В детальных исследованиях на ключевых участках применялся ряд натурных методов, позволяющих определить скорости эрозионно-аккумулятивных процессов за разные интервалы времени: метод замеров водороин (экстремальное эрозионное событие), радиоцезиевый (период с начала выпадения изотопа в 1954 г. или Чернобыльской аварии 1986 года), почвенно-морфологический (весь период сельскохозяйственного освоения). Для оценки возможности экстраполяции результатов, полученных на ключевых участках, на тех же территориях использовались модели эрозии почв, в которых фактор рельефа определялся по топопланам и картам разных масштабов. Сопоставление результатов натурных исследований с расчетными данными, полученными при оценке фактора рельефа по топокартам наиболее крупного масштаба, позволило выявить преимущества и недостатки разных методов. Сравнение расчетов по эрозионным моделям, полученных при использовании топографических карт разных масштабов, позволяет определить ошибку оценки темпов эрозии почв в мелких масштабах и, соответственно, оценить точность моделирования для обширных по площади территорий. Динамика линейной эрозии в пределах ключевых участков оценивалась путем сравнения картографических материалов сопоставимых масштабов за разные временные срезы.

Применение морфометрического анализа позволило оценить возможность распространения результатов, полученных на основании полевых исследований, на весь геоморфологический район. Для этого строились серии морфометрических карт геоморфологический район и ключевой участок/бассейн в его пределах. Затем проводилось сопоставление гистограмм распределения (вариабельности) исследуемых морфометрических показателей (факторов эрозионных процессов), на основании чего оценивалась репрезентативность ключевого участка для геоморфологического района и возмож-

ность экстраполяции количественных данных о темпах и динамике эрозионных процессов на междуречья большей по охвату территории.

Глава 4. Динамика эрозионно-аккумулятивных процессов и их влияние на рельеф междуречий (на примере исследований на ключевых участках)

Для детальных

исследований динамики и темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях было выбрано два ключевых участка (рис. 1), расположенных в разных геоморфологических подобластях Среднерусской возвышенности - бассейны рек Воробжи и Зуши. Бассейн р. Во-робжи (левый приток Сейма) расположен в лесостепной зоне. Р. Зуша протекает по границе зон смешанных и широколиственных лесов и лесостепей. Большая часть междуречий обоих бассейнов распахивается в течение 150-300 лет. Для детального анализа геоморфологического строения и эрозионного потенциала рельефа для каждого бассейна были построены серии морфометрических карт, демонстрирующих, что территории характеризуются высокой степенью внутренней однородности в распределении поля высот, крутизны, длины и формы склонов. Единственным существенным исключением является бассейн р. Неручи (левого притока Зуши), где уклоны редко превышают 2° и увеличивается доля прямых склонов. Наиболее общие морфометрические характеристики междуречий в пределах бассейнов приведены в таблице 1. Динамика структуры флювиальной сети оценивалась для трех территорий (двух участков в пределах бассейна Зуши (бассейны рек Неручи и Колпны) и всего бассейна р. Воробжи) за период с 1864 г. (военно-

топографические карты масштаба 1:126000; для Колпны - 1912 г., карта раз-

Абс. высота, м

| | 0-50 1 | 50-100 [III! Ю0 -150 ЕЗ 150 - 200 200 - 250 ЕЛ 250 - 300

Москва

бассейкр. Воробжи

Границы

геоморфологических подобластей Среднерусской возвышенности {по С.С. Воскресенскому, исправленные):

1 - Орловсо-Тульская

2 - Курско-Воронежская

3 - Калачско-Россошанш

Рис. I. Расположение ключевых бассейнов

мывов, составленная под руководством A.C. Козменко) до 1983-1984 гг. (топографические карты масштаба 1:100000).

Таблица 1

Основные морфометрические характеристики междуречий в пределах

ключевых бассейнов

Бассейн Площадь, км2 Преобладающие высоты, м Крутизна междуречных склонов, град. Длины склонов, м Преобладающая форма склонов

Воробжа 230 175-225 до 3-4 200-900 выпуклая

Зуша 6940 200-250 до 4-5 300-1200 выпуклая

На два указанных временных среза были составлены карты порядков тальвегов и проведен сравнительный анализ общего количества и протяженности линейных эрозионных форм разных порядков. Полевые обследования территорий позволяют утверждать, что на картах данного масштаба линейные эрозионные формы 1-2 порядков (по системе кодирования водотоков Страл-лера-Философова) представляют собой преимущественно склоновые овраги -врезы, прорезающие междуречные пространства. Основные изменения структуры флювиальной сети за рассматриваемый период касаются именно этих форм. Существуют свидетельства 150-летней истории активного освоения бассейна р. Воробжи. Соответственно, на карте 1864 года представлен вид территории в начале ее масштабного освоения. На картах XIX века количество эрозионных форм первого порядка почти на 20% больше, но суммарная длина почти на 15% меньше, чем на современных картах. Это может быть связано с резкой активизацией процессов оврагообразования, появлением множества небольших береговых оврагов, особенно по бортам крупных балок и основной речной долины - в зонах наиболее резких изменений эрозионного потенциала рельефа. В дальнейшем большая часть этих форм заполняется наносами, превращается в ложбины или «фестоны» более крупных эрозионных форм.

Динамика эрозионной сети в бассейне р. Неручи несколько отличается. Основные изменения связаны с тальвегами первых порядков - за 120-летний период исследования их количество и суммарная длина возрастает на 10 и 12% соответственно. При этом число форм первого порядка увеличивается

лишь на 3%, в то время как общая длина - почти на 15%. Очевидно, это связано с ростом ранее сформировавшихся оврагов и иногда ветвлением уже имеющихся форм. Такая закономерность в развитии флювиальной сети связана с небольшими уклонами и общим энергетическим потенциалом рельефа в бассейне р. Неручи. Очевидно, потенциал формирования новых оврагов на территории невелик, в то время как относительно длинные склоны способствуют дальнейшему росту существующих форм.

В бассейне р. Колпны современная флювиальная сеть гораздо более развита, чем в начале XX века. При этом основные изменения здесь связаны уже не столько с динамикой форм первых порядков, сколько с увеличением количества (на 13%) и суммарной длины (на 25%) форм третьих порядков. Это объясняется высоким энергетическим потенциалом рельефа данной территории (по сравнению с двумя другими ключевыми участками). Водосбор Колпны и его окрестности расположены в пределах наиболее высокой части Среднерусской возвышенности и характеризуются максимальными уклонами. Эрозионная сеть здесь древняя и врезана наиболее глубоко. Таким образом, здесь наблюдается очевидная тенденция к укрупнению существующих эрозионных форм. Площади междуречий при этом, соответственно, уменьшаются.

Темпы эрозии почв за разные интервалы времени (от экстремального эрозионного события до всего периода освоения) оценивались в крупном масштабе для ряда ключевых объектов: водосборы балок Грачева Лощина (2 порядок) и Лебедин (4 порядок) в бассейне р. Воробжи и серия склоновых водосборов в бассейне р. Зуши. По результатам исследований на ключевых участках достаточно отчетливо выделяется ряд особенностей динамики эрозион-но-аккумулятивных процессов и их роли в развитии рельефа междуречий.

Вклад единичного экстремального эрозионного события в суммарные темпы перераспределения на междуречьях оценивался на трех склоновых водосборах, находящихся под паром во время выпадения интенсивных ливней. На двух из них удалось отрисовать эфемерную эрозионно-аккумулятивную сеть и определить особенности распространения зон смыва и аккумуляции.

Основными факторами, влияющими на ориентацию и размеры эрозионных

борозд, расположение аккумулятивных форм внутри склона и объемы выноса материала за пределы поля, являются морфология поверхности (главным образом, микрорельеф) и особенности сельскохозяйственной обработки (направление боронования, глубина вспашки и т.д.). Кроме того, даже при отсутствии явных внешних причин на склонах нередко выделяются устойчивые зоны внутрисклонового переотложения наносов, связанные с самоорганизацией склонового стока: поток периодически достигает состояния насыщения и разгружается, после чего ниже по склону может начаться новый эрозионный импульс. Доля внутрисклонового переотложения материала на трех объектах варьирует от 7 до 50% (из которых до 20-25% накапливается в шлейфе перед напашью) и зависит, прежде всего, от интенсивности дождя и локального состояния поверхности.

Результаты оценки вклада экстремального эрозионного события в среднегодовую величину смыва почв по трем участкам показаны в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительные характеристики смыва за отдельное событие и темпов эрозии почв, рассчитанных по совмещенной модели УБЬЕ/ГТИ

№ Бассейн Слой ДОЖДЯ, мм Повторяемость дождя, 1 раз Смыв за событие, т/га Отношение измеренного выноса с пашни за ливень к расчетному среднегодовому смыву

1 Воробжа 20 . не менее 1 раза в год 36,5 2/1

2 Воробжа 40 1 раз в 4-5 лет 44,3 3/1

3 Зуша 20 3-4 раза в год 12,6 1/2

Среднегодовые темпы эрозии почв на обследованных междуречьях в зависимости от локальных факторов варьируют в диапазоне от 5 до 20 и более т/га/год, что соответствует среднему понижению поверхности междуречий на 0,05-0,2 см в год (или 7,5-30 см за 150-летний сельскохозяйственный период и до более 0,5 м за 300 лет освоения). При этом следует учитывать, что темпы смыва неравномерно распределены по поверхности междуречий (рис. 2).

В нижних частях склонов они нередко достигают 50 т/га/год, что соответствует местному понижению поверхности на 1,5 м всего за 300 лет. В то же время всеми методами выявлено существование зон внутрисклоновой акку-

муляции, часть из которых мигрирует в пространстве в зависимости от расходов водных потоков, особенностей вспашки и других факторов, а часть характеризуется достаточно устойчивым положением, связанным обычно с особенностями микрорельефа (вогнутые участки склонов, шлейфы перед напашами и т.д.). Отдельные зоны переотложения протягиваются на 10-15 и более метров вдоль линий тока и нередко пересекают весь склоновый водосбор. Исследования, проведенные после эрозионных событий показывают, что мощность местной аккумуляции может достигать более 10 см, в то время как локальный смыв более 20 см за событие.

Рис. 2. Изменение вдоль склона темпов эрозии почв на ключевом склоновом водосборе в бассейне р. Зуши, оцененное разными методами

На ключевых склоновых водосборах в бассейне р.Зуши и малых водосборах (балки Грачева Лощина и Лебедин) в бассейне р. Воробжи с использованием набора методов были проведены детальные исследования перераспределения наносов для разных интервалов времени. По результатам этих работ достаточно отчетливо выделяется ряд особенностей динамики эрозионно-аккумулятивных процессов и их роли в развитии рельефа междуречий.

Многолетнее чередование внутрисклоновых зон эрозии и аккумуляции приводит к постепенному развитию волнистости междуречных склонов вдоль линий падения. В то же время концентрация стока по агрогенным и древним ложбинам/потяжинам вызывает их постепенное углубление и гофрировку склонов в направлении их простирания. Таким образом, являясь одновременно причиной и следствием активизации эрозионно-аккумулятивных процес-

сов, микрорельеф играет значительную роль в геоморфологическом развитии междуречий. Следует отметить, что выявленные закономерности в полной мере применимы для прямых и собирающих склонов. Рассеивающие склоновые водосборы, где возможности концентрации стока минимальны, с геоморфологической точки зрения в целом могут рассматриваться, как наиболее стабильные в условиях освоенных гумидных равнин, где эрозионные процессы играют ведущую роль в развитии междуречий.

Исследования на ма- ,_1954-2007 гг- Аккуиул,ция

лых водосборах разных по-

10% перед напашью 10% заполнение оврагов

рядков ПОЗВОЛИЛИ количе- 100% / ' 10% аккуиупяция внутри склонов,

на нераспаханных бортах балки

ственно оценить объемы

и в мелких конусах выноса

переотложения наносов на Вынос в днище балки Лебедин

1 Итоговая k J W* 03 (вт.ч. 10%-наносы,

междуречьях. Для водо- невязка \ транспортируемые через дамб/

- 7% в нижележащую долину)

сбора 2 порядка (Грачева рис з# Перераспределение наносов на водосборе Лощина) установлено, что бал™ Лебедин

за весь период освоения объемы переотложения материала на междуречьях составляют около 8%, однако в связи со значительным снижением темпов эрозии почв благодаря введению противоэрозионных мер и использованию почвозащитных севооборотов за последние 20 лет доля внутрисклоновой аккумуляции увеличились до 60-75% от объемов смыва. Оценка баланса наносов на водосборе балки Лебедин показала, что более 30% мобилизованного материала может переоткладываться в разных зонах внутри междуречий на водосборе 4 порядка (рис. 3).

Особенное значение для развития междуречий имеет характер функционирования флювиальной сети. Несмотря на то, что основная часть линейных эрозионных форм не входит в пределы междуречных пространств (за исключением склоновых оврагов, верховьями выходящих на междуречья), импульсный характер их развития, подтвержденный результатами сопоставления карт за разные временные срезы, оказывает непосредственное влияние на динамику эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях. Так, активизация

эрозии во флювиальной сети, явившаяся следствием массовой распашки зе-

мель и, соответственно, резкого увеличения коэффициента поверхностного стока, приводит к понижению базисов эрозии, ускоренному смыву с распаханных междуречных склонов, оврагообразованию, общему усложнению рельефа междуречий. И наоборот, усиление аккумуляции в днищах крупных оврагов и балок, связанное со стабилизацией их продольных профилей и снижением темпов вторичного врезания, соответствует повышению базиса эрозии и увеличению доли внутрисклоновой аккумуляции, заполнению оврагов и ложбин, общему сглаживанию поверхности междуречных склонов. При этом наблюдаются достаточно четкие взаимосвязи в динамике эрозионной сети, типе фонового доантропогенного рельефа, а также характере и длительности сельскохозяйственного освоения.

Глава 5.Морфометрический анализ рельефа как основа для экстраполяции результатов количественных оценок эрозионно-аккумулятивных процессов на обширные территории

С целью определения ошибок, возникающих при расчете смыва в мелких масштабах, было проведено разномасштабное моделирование эрозии почв для междуречных склонов разной конфигурации на водосборе балки Грачева Лощина. На рисунке 4 представлено сопоставление результатов, полученных почвенно-морфологическим методом, с расчетными данными в масштабах детальной тахеометрической съемки (максимально близкой к реальной поверхности), 1: 10000 и 1:100000. В целом, наблюдается уменьшение различий между рассчитанными по модели и полученными почвенно-морфологическим методом величинами темпов смыва при переходе к более мелкому масштабу исходных морфометрических данных. Возможно, это отражает своеобразный «баланс» между тенденцией завышения расчетных темпов смыва из-за недоучета внутрисклоновой аккумуляции с одной стороны и ростом искажений формы склонов в более мелком масштабе (ведущим к уменьшению перепадов высот, уклонов и, соответственно, расчетных величин темпов смыва) с другой.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ — Дневная поверхность Метод оценки темпов смыва

......... и5ЬЕ/ГТИ, тахеометрическая съемка

--иЗЬЕЛТИ, масштаб 1:100 ООО

..... и$1.ЕЛТИ, масштаб 1 : 10 ООО

—А— Почвенно-морфологический метод

Расстояние, м

Рис. 4. Сопоставление изменений интенсивности эрозии почв вдоль почвенно-геоморфологических профилей для участков склонов

Эффект масштаба топографических карт и степени детальности отображения рельефа склонов на них необходимо учитывать при анализе результатов моделирования в мелких масштабах. В некоторых случаях погрешности, связанные с недостаточной детальностью отображения рельефа, могут достигать половины абсолютных расчетных величин смыва почв и заметно превышать вариабельность интенсивности процесса, обусловленную сменой типа севооборота. Наибольшие ошибки возникают при уменьшении масштаба на выпуклых или вогнутых склонах при увеличении отклонения формы продольного профиля от прямой, а также на отрезках склонов, осложненных естественными или антропогенными перегибами и линейными микроформами. Подобного рода формы, даже слабо выраженные в рельефе, могут рассеивать или концентрировать поверхностный сток и, соответственно, способствовать заметному изменению темпов смыва и характера их внутрисклоновой изменчивости. «Пренебрежение» этими формами, характерное для картографической генерализации, может существенно исказить результаты расчётов темпов смыва в мелких масштабах.

Представительность результатов количественных оценок трансформации рельефа междуречий, полученных в результате детальных работ на клю-

чевых водосборах, выявлена на основе морфометрического исследования рельефа различных геоморфологических районов. Морфометрический анализ Среднерусской возвышенности проводился в масштабе 1:500 ООО.

В связи с очевидными значительными искажениями рельефа в данном масштабе, была проведена предварительная проверка возможности применения топографических карт данного масштаба в исследованиях эрозионно-аккумулятивных процессов, выполненная для бассейна р. Зуши путем сравнения серии морфометрических карт с имеющимися мелкомасштабными оценками интенсивности эрозии (карта эрозионноопасных земель под ред. Л.Ф. Литвина, неопубликованные материалы) для выявления возможных взаимосвязей в генерализованном рельефе и темпах смыва. Морфометриче-ское районирование бассейна проводилось по фрагментам междуречий (выделяемых между тальвегами и водораздельными линиями 2 порядка и выше) для трех основных морфометрических показателей: площадь междуречья, средняя длина линий тока и площадь элементарного междуречья (приходящаяся на 1 тальвег первого порядка). Выбор морфометрических характеристик обусловлен особенностями картографической генерализации в данном масштабе. Выяснено, что последний показатель, косвенно отражающий уклон поверхности, обнаруживает связь с темпами смыва, полученными с карты эрозионноопасных земель (рис. 5). Второй справа класс по площади элементарного междуречья характеризуется максимальной частотой встречаемости во всем бассейне Зуши, поэтому из дальнейшего анализа он исключен. Распределение элементарных площадей междуречий позволяет говорить о некоторых закономерностях. Чем больше удельная площадь, приходящаяся на 1 тальвег первого порядка, тем в общем случае меньше уклон и меньше потенциальная склоновая эрозия. Соответственно увеличение в общей площади территории элементарных междуречий большой площади ведет к снижению средних темпов смыва по всему району. Черной стрелкой на рис. 5 показана тенденция к уменьшению количества элементарных междуречий малой площади в районах с малыми темпами эрозии. В районах с большой интенсивностью эрозионных

процессов наблюдается более сложная закономерность. Максимальную пло-

щадь здесь занимают средние по размерам элементарные междуречья. В сторону увеличения их площади уменьшаются уклоны, падает эрозионный потенциал рельефа. В сторону уменьшения площади укорачиваются длины линий тока, что также сказывается на уменьшении интенсивности потенциальной эрозии (серая стрелка на рис. 5).

Полученные результаты указы- | 40

'го 35

вают на возмож-

(13

ность применения |25

с 20

морфометрических '| 15

о Ю

показателей, сня- £ тых с карт масшта- 0 ба 1:500 000 для характеристики внутренних различий геоморфологического строения крупных территорий, предварительной оценки их эрозионного потенциала и определения репрезентативности ключевых бассейнов.

Сравнительный морфометрический анализ основных геоморфологических выделов Среднерусской возвышенности показал, что Орловско-Тульская (северная) геоморфологическая подобласть характеризуется достаточно однородным распространением основных морфометрических параметров междуречий, влияющих на характер и темпы эрозионных процессов. Существенные различия по геоморфологическим районам в пределах подобласти касаются лишь поля высот. Четко выделяется наиболее приподнятый Елецко-Тульский район (в пределах которого расположена основная часть бассейна Зуши). Поля высот Верхнедонского и Приокского районов заметно смещены в сторону более низких отметок. Однако относительные превышения в пределах междуречий, уклоны и форма междуречных склонов слабо варьируют во всей геоморфологической подобласти, что говорит о возможности интерполяции ре-

более 14,5 7.5- 14,5 5,5-7,5 3-5,5 0,1 -3

удельная площадь, км.кв

Рис, 5. Распределение элементарных площадей междуречий, приходящихся на один тальвег 1 порядка (отнесенное к площадям междуречий)

зультатов оценок темпов эрозионно-аккумулятивных процессов, полученных для бассейна Зуши, на всю подобласть.

Курско-Воронежская геоморфологическая подобласть морфометрически значительно более разнородна. На основании морфометрического анализа геоморфологических районов в ее пределах можно говорить о репрезентативности результатов, полученных для бассейна р. Воробжи, лишь для центрального (Курского) геоморфологического района.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На междуречьях с пологими длинными склонами и незначительными перепадами высот основные антропогенные изменения эрозионной сети на распаханных склонах связаны, преимущественно, с удлинением уже имеющихся форм. Активного образования новых оврагов не наблюдается. Междуречья с максимальным доантропогенным расчленением и высоким энергетическим потенциалом рельефа характеризуются активным развитием, укрупнением уже имеющихся форм, а также появлением (и часто последующим заполнением) новых оврагов в связи с сельскохозяйственной деятельностью. При преобладании средних значений основных морфометрических характеристик преимущественное развитие верхних звеньев эрозионной сети в пределах междуречий связано с активным образованием (и часто последующим заполнением) новых линейных эрозионных форм и развитием уже имеющихся врезов первого-второго порядков.

2. Основные изменения рельефа равнинных междуречий, связанные с эро-зионно-аккумулятивными процессами, заключаются в усилении волнистости продольного профиля склонов (в связи с внутрисклоновым чередованием зон эрозии и аккумуляции) и их планового рисунка (в связи с формированием антропогенных ложбин и заполнением более крупных линейных эрозионных форм), нередко в выполаживании нижних частей склонов (аккумуляция перед напашами, которые часто располагаются вдоль нижней границы склона). Влияние особенностей сельскохозяйственной обработки на характер эрозион-

но-аккумулятивных процессов территории связано преимущественно с на-

правлением распашки, наличием антропогенного микрорельефа (напаши), расположением лесополос, грунтовых дорог и т.д. Наибольший вклад в изменение морфологии освоенных склонов междуречий вносят случаи экстремального стока и смыва.

3. Волновой характер процессов, наблюдающийся вдоль линий тока на междуречных склонах, может быть связан как с особенностями микрорельефа, так и самоорганизацией потоков воды и наносов на склоне (и проявляется даже на простых прямых склонах). Наблюдается чёткая сменяемость зон преобладания эрозии и аккумуляции по длине склона. Причём протяжённость зон аккумуляции существенно меньше, чем зон эрозии.

4. Разномасштабный морфометрический анализ склонов междуречий речного бассейна является универсальной основой для выбора репрезентативных ключевых объектов для детальных исследований эрозионно-аккумулятивных процессов и последующего распространения результатов детальных исследований на обширные территории. Кроме того, такой подход позволяет производить объективное сопоставление результатов, полученных на территориях с различной морфологией склонов междуречий.

Публикации по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Кузнецова Ю.С., Беляев В.Р., Маркелов М.В., Иванова H.H. Анализ пространственно-временной неоднородности эрозионно-аккумулятивных процессов на пахотном склоне (часть 1) // Геоморфология. 2007. № 1. С. 71-84.

2. Кузнецова Ю.С., Беляев В.Р., Маркелов М.В., Иванова H.H. Анализ пространственно-временной неоднородности эрозионно-аккумулятивных процессов на пахотном склоне (часть 2) // Геоморфология. 2007. № 2. С. 60-69.

Статьи в других изданиях:

3. Кузнецова Ю.С. Оценка темпов смыва почвы с пахотного склона различными методами (на примере ключевого участка склона в бассейне р. Зуши) // Эрозионные, русловые процессы и проблемы гидроэкологии. М.:

Географический факультет МГУ, 2004. С. 118-123.

4. Кузнецова Ю.С. Антропогенно ускоренная эрозия: результаты исследований на ключевом участке в бассейне р. Зуши // Материалы XI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2004». Секция Географии. М„ 2004. С. 69.

5. Голосов В.Н., Беляев В.Р., Кузнецова Ю.С., Петелько А.И., Марке-лов М.В. Оценка влияния агролесомелиоративных мероприятий на снижение темпов эрозии и восстановление плодородия почв // Почвоведение и агрохимия. 2005. № 1 (34). Специальный выпуск: материалы международной научно-практической конференции «Повышение плодородии почв и стабильность сельскохозяйственного производства». Минск, 2005. С. 341-344.

6. Кузнецова Ю.С. Количественная оценка делювиальных процессов на распаханных междуречных склонах Среднерусской возвышенности // Материалы XI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005». Секция Географии. М., 2005. С. 6

7. Кузнецова Ю.С. Морфологическая структура территории как фактор эрозии междуречий Среднерусской возвышенности: методика исследований // Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов. Материалы VI семинара молодых ученых ВУЗов, объединяемых советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. М.: Географический факультет МГУ, 2006. С. 142-146.

8. Кузнецова Ю.С. Количественная оценка эрозии серых лесных почв на распаханных междуречных склонах Среднерусской возвышенности // Почвы России. Проблемы и решения. Материалы IX Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения. Санкт-Петербург, 2006. С. 336-337

9. Golosov V.N., Markelov М. V., Belyaev V.R., Ivanova N.N., Kuznetsova Y.S. Application of Radionuclide Techniques and Traditional Methods for Assessing the Effectiveness of a Long-term Application of Soil Conservaron Measures (an Example of Novosil Experimental Station, Central Russia) // Water management and soil conservation in semi-arid environments. The 14th conference of International Soil Conservation Organization, Morocco, May 14-19, 2006. Book of Abstracts. P. 243.

10. Кузнецова Ю.С., Голосов В.H. Изменение морфологии склонов междуречий центра Русской равнины: методические работы и первые результаты // Проблемы флювиальной геоморфологии. Материалы XXIX Пленума Геоморфологической комиссии РАН. Под ред. проф. И.И. Рысина. Ижевск: Ассоциация «Научная книга», 2006 г. С. 230-234.

11. Беляев В.Р., Голосов В.Н., Иванова Н.Н., Кузнецова Ю.С., Марке-лов М.В. Количественная оценка вклада линейной эрозии в общую флювиаль-ную денудацию обрабатываемых склонов Европейской части России // Проблемы флювиальной геоморфологии. Материалы XXIX Пленума Геоморфологической комиссии РАН. Под ред. проф. И.И. Рысина. Ижевск: Ассоциация «Научная книга», 2006 г.

12. Belyaev V.R., Golosov V.N., Kuznetsova Y.S., Markelov M. V. Combined Application of the 137Cs Radioactive Tracer and Conventional Techniques for Assessing Soil Redistribution Rates and Effectiveness of Protective Measures // 18th World Congress of Soil Science, July 9-15, 2006 - Philadelphia, Pennsylvania, USA. CD containing materials of FAO/IAEA Workshop: Use of Nuclear Techniques in Addressing Soil-Water-Nutrient Issues for Sustainable Agricultural Production, 9 July 2006. P. 52-79.

13. Маркелов M.B., Беляев В.P., Голосов В.H., Иванова Н.Н., Кузнецова Ю.С., Петелько А.И. Определение эффективности долговременного применения противоэрозионных мероприятий комплексом независимых методов // XXI пленарн. межвуз. координац. совещ. по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Доклады и сообщения. Чебоксары, 2006. С. 66-68.

14. Belyaev V.R., Golosov V.N., Kuznetsova Y.S., Markelov M. V. Combined application of the 137Cs radioactive tracer and conventional techniques for assessing soil redistribution rates and effectiveness of protective measures // roceeding of the tenth international symposium on river sedimentation. Effects of river sediments and channel processes on social, economic and environmental safety. August 1-4, Moscow, Russia. Volume I. Moscow, 2007. P. 141-150.

15. Кузнецова Ю.С. Морфометрический анализ междуречий для оценки почвенно-эрозионной опасности // Маккавеевские чтения-2007. Научный редактор - Р.С. Чалов. М. 2008. С. 38-47.

16. Kuznetsova Y.S., Golosov V.N. Morphometric analysis of interfluve topography for scaling soil erosion rates from local to regional scales // Sediment dynamics in changing environments. Sediment dynamics in changing environments (Proceedings of a symposium held in Christchurch, New Zealand, December 2008). IAHS Publication 325. P. 250-257.

17. Golosov V.N., Belyaev V.R., Kuznetsova Y.S., Markelov M.V., Shamshuri-na E.N. Response of a small arable catchment sediment budget to introduction of soil conservation measures // Sediment dynamics in changing environments. Sediment dynamics in changing environments (Proceedings of a symposium held in Christchurch, New Zealand, December 2008). IAHS Publication 325. P. 106-113.

18. Belyaev V.R., Golosov V.N., Kislenko K.S., Kuznetsova Y.S., Markelov M. V. Combining direct observation, modeling, and l37Cs tracer for evaluating individual event contribution to long-term sediment budgets // Sediment dynamics in changing environments. Sediment dynamics in changing environments (Proceedings of a symposium held in Christchurch, New Zealand, December 2008). IAHS Publication 325. P. 114-122.

19. Belyaev V.R., Golosov., Kuznetsova Y.S., Markelov M.V. Quantitative assessment of soil conservation measures using a combination of 137Cs radioactive tracer and conventional techniques for measuring soil redistribution rates // Catena. Special Issue - The Impact of Environmental Change on Sediment Sources and Sediment Delivery. 2009. P. 214 - 227.

20. Kuznetsova Y.S., Belyaev V.R. & Golosov V.N. Effect of topographic scale on the estimation of soil erosion rates using an empirical model// Sediment dynamics for a changing future. Proceedings of the ICCE symposium held at Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Poland, 14-18 June 2010. IAHS Publ. 337, 2010. P. 334-344.

Подписано в печать: 14.01.2011 Исполнено: 14.01.2011 Заказ № 4848 Тираж -150 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кузнецова, Юлия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕЖДУРЕЧЬЯ И ОСОБЕННОСТИ

ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ИХ ПРЕДЕЛАХ

1.1. Междуречье: терминология, типизация, процессы

1.1.1. Определение междуречья

1.1.2. Классификации междуречий

1.1.3. Строение междуречий и процессы их преобразования

1.2. Эрозионные процессы на междуречьях 18 1.2.1. Общие положения

1.2.2. Почвенно-эрозионные процессы на междуречьях

1.2.2.1. Механизмы эрозии почв плоскостная и струйчатая эрозия капельная эрозия и капельная деструкция подповерхностная эрозия механическая эрозия

1.2.2.2. Делювиальный морфолитогенез и диагностика процессов эрозии почв денудационные формы 23 диагностика результатов смыва и размыва почв и грунтов аккумулятивные формы и их строение диагностика делювиальных толщ

1.2.2.3. Ложбинная сеть и ее роль в эрозии почв

1.2.2.4. Факторы эрозии почв общие положения роль фактора рельефа

1.2.3. Овражная эрозия

1.2.3.1. Морфология оврагов

1.2.3.2. Процессы формирования и роста оврагов, стадии их развития

1.2.3.3. Основные особенности овражных отложений

1.2.3.4. Классификации оврагов

1.2.3.5. Факторы овражной эрозии

1.2.3.7. Потенциал оврагообразования

1.2.4. Пространственная организация эрозионно-аккумулятивных процессов в пределах междуречий

1.2.5. Изменение геоморфологического облика междуречий под влиянием эрозионных процессов

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

2.1. Географическое положение

2.2. Общая физико-географическая характеристика

2.3. Флювиальный рельеф и эрозионно-аккумулятивные процессы

- на Среднерусской возвышенности

2.4. Геоморфологическое районирование Среднерусской возвышенности

2.5. История освоения Среднерусской возвышенности

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Выбор методов и порядок исследования

3.2. Натурные методы исследований

3.2.1. Почвенно-морфологический метод

3.2.2. Радиоцезиевый метод

3.2.3. Метод замеров водороин

3.3. Эмпирико-математическая эрозионная модель ШЬЕ/ГГИ

3.4. Морфометрические исследования рельефа для оценки темпов эрозионных процессов

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Особенности картографической генерализации на топографических картах

3.4.3. Выбор масштабов исследований

3.4.4. Описание морфометрических работ

ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ЭРОЗИОННО-АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РЕЛЬЕФ МЕЖДУРЕЧИЙ на примере исследований на ключевых участках)

4.1. Объекты исследований

4.2. Бассейн р. Воробжи

4.2.1. Характеристика бассейна

4.2.2. Динамика линейных форм флювиального рельефа в бассейне реки Воробжи

4.2.3. Оценка влияния экстремальных эрозионных событий на развитие междуречий на двух ключевых участках

4.2.4. Оценка перераспределения наносов на водосборе балки

Грачева Лощина (водосбор второго порядка)

4.2.4.1. Характеристика объекта и методы исследований

4.2.4.2. Основные результаты

4.2.4.3. Разномасштабное моделирование эрозии почв на водосборе балки Грачева Лощина

4.2.5. Оценка баланса наносов на водосборе балки Лебедин 117 (водосбор четвертого порядка)

4.3. Бассейн р. Зуши

4.3.1. Характеристика бассейна

4.3.2. Динамика линейных форм флювиального рельефа в бассейне Зуши

4.3.2.1. Бассейн р. Неручи

4.3.2.2. Бассейн р. Колпны и окрестные территории

4.3.3. Оценка перераспределения наносов на ключевых склоновых водосборах

4.3.3.1. Характеристика объектов

4.3.3.2. Основные результаты

4.3.4. Детальная оценка перераспределения наносов на отдельном склоновом водосборе

4.4. Роль эрозионно-аккумулятивных процессов в развитии рельефа междуречий

ГЛАВА 5. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЛЬЕФА КАК ОСНОВА

ДЛЯ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ОЦЕНОК ЭРОЗИОННО-АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОБШИРНЫЕ ТЕРРИТОРИИ

5.1. Общие положения

5.2. Оценка возможности использования карт масштаба 1:500 ООО в исследованиях эрозионно-аккумулятивных процессов на примере бассейна р. Зуши)

5.2.1. Морфометрическое картирование бассейна р. Зуши в масштабе 1:500 ООО

5.2.2. Сопоставление морфометрических показателей с имеющимися оценками интенсивности эрозии 170 5.3. Сравнительный морфометрический анализ геоморфологических подобластей и ключевых бассейнов в их пределах

5.3.1. Орловско-Тульская геоморфологическая подобласть

5.3.2. Курско-Воронежская геоморфологическая подобласть

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения"

Актуальность темы. В настоящее время в условиях интенсивного хозяйственного использования обширных площадей актуальной стала проблема изучения трансформации рельефа освоенных территорий. В частности, это касается сельскохозяйственных районов центра Русской равнины, где массовая распашка ведется уже несколько веков и не может не влиять на преобразование рельефа. Пахотные земли преимущественно располагаются в пределах междуречных пространств. В связи с этим актуальным становится изучение геоморфологического функционирования междуречий. Длительность периода формирования, очевидная полигенетичность междуречий и представления об инертности большинства преобразующих их процессов, привели к тому, что основная часть современных исследований проводится на качественном, зачастую только теоретическом уровне. Однако инертность развития междуречий на равнинах умеренного пояса действительно имеет место лишь в естественных условиях. При активной хозяйственной деятельности экзогенные процессы становятся антропогенно ускоренными, их темпы увеличиваются на порядки величин. Ведущую роль в преобразовании рельефа междуречий в условиях равнин гумидных зон умеренного климатического пояса при интенсивном сельскохозяйственном освоении начинает играть комплекс эрозионно-аккумулятивных процессов. Это определяет необходимость количественной оценки данных процессов, изучения их динамики и влияния на изменение рельефа междуречий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

Объекты и состав исследований. В качестве района исследований была выбрана Среднерусская возвышенность. Будучи практически полностью освоенной, эта территория отличается высокой для равнин Европейской части России интенсивностью эрозионных процессов (Литвин, 2002). В пределах северной (Орловско-Тульской) и центральной (Курско-Воронежской) геоморфологических подобластей Среднерусской возвышенности (Геоморфологическое районирование., 1980) выбрано два ключевых бассейна: рек Зуши и Воробжи соответственно. Для оценки внутренних различий в геоморфологическом строении и определения эрозионного потенциала территорий был проведен детальный морфометрический анализ выбранных бассейнов. Динамика развития верхних звеньев " эрозионной сети оценивалась путем сравнения доступных топографических карт за разные временные срезы. Темпы и динамика эрозионно-аккумулятивных процессов исследовались на ключевых участках в пределах выбранных бассейнов с помощью набора методов (почвенно-морфологический, радиоцезиевый, замеров водороин, совмещенная эмпирико-математическая модель USLE/ГГИ). На основании морфометрического анализа ключевых участков и геоморфологических выделов, в пределах которых они находятся, оценивалась репрезентативность полученных результатов и возможность их экстраполяции на более обширные по площади территории.

Научная новизна работы:

3. Оценены величины ошибок, связанных с использованием разномасштабных данных о рельефе территории при расчетах темпов смыва по эрозионным моделям и возникающих при распространении результатов количественной оценки перераспределения наносов на ключевых участках на более обширные по площади территории. Показана возможность определения пределов корректной экстраполяции таких данных на основании разномасштабного морфометрического анализа рельефа.

Защищаемые положения:

4. Разномасштабный морфометрический анализ междуречий является основой для выбора репрезентативного ключевого объекта для оценки динамики эрозионно-аккумулятивных процессов и последующего распространения полученных результатов на обширные территории.

Результаты исследований нашли своё отражение в отчётах по проектам РФФИ № 04-05-64215-а (Морфодинамика склонов междуречий освоенных территорий центра Русской равнины), № 07-05-00193-а (Динамика осадконакопления в долинах малых рек Русской равнины в позднем голоцене) и № МК-8023.2010.5 (Прогноз динамики эрозионно-аккумулятивных процессов на малых водосборах Среднерусской возвышенности в условиях естественных и антропогенных изменений окружающей среды).

Апробация. Основные результаты диссертационной работы докладывались лично автором на следующих конференциях: Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов — 2004», «Ломоносов — 2005» (Москва); Семинарах молодых ученых по проблемам эрозионных процессов (Брянск, 2004; Волгоград, 2006; Уфа, 2010); Всероссийской конференции «Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006); XXIX Пленуме Геоморфологической комиссии РАН «Проблемы флювиальной геоморфологии» (Ижевск, 2006); Симпозиумах Международной Гидрологической Ассоциации (Крайстчерч, Новая Зеландия, 2008; Варшава, Польша, 2010); Всероссийской конференции (VI Щукинские чтения) "Геоморфологические процессы И' их прикладные аспекты", Москва (2010); Всероссийской конференции "Теория геоморфологии и ее приложение в региональных и глобальных исследованиях" (Чтения памяти H.A. Флоренсова), Иркутск (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в.реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы (252 наименования). Содержательная часть работы изложена на 192 страницах текста, иллюстрирована 99 рисунками и включает 27 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геоморфология и эволюционная география", Кузнецова, Юлия Сергеевна

4.3.3.2. Основные результаты

Выбор площадок для определения объёмов* первоначального выпадения- был обусловлен необходимостью оценки возможного тренда выпадений 137Cs чернобыльского происхождения; связанного с возможным1 выпадением одного или нескольких дождей. Всего было выбрано- 5 площадок, расположенных в непосредственной близости от исследуемых склонов (рисунок 67). Статистические характеристики результатов оценки вариабельности начального выпадения на каждой из площадок приведены в таблице 23.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2. Основные изменения рельефа равнинных междуречий, связанные с эрозионно-аккумулятивными процессами, заключаются в усилении волнистости продольного профиля склонов (в связи с внутрисклоновым чередованием зон эрозии и аккумуляции) и их планового рисунка (в связи с формированием антропогенных ложбин и заполнением более крупных линейных эрозионных форм), нередко в выполаживании нижних частей склонов (аккумуляция перед напашами, которые часто располагаются вдоль нижней границы склона). Влияние особенностей сельскохозяйственной обработки на характер эрозионно-аккумулятивных процессов территории связано преимущественно с направлением распашки, наличием антропогенного микрорельефа (напаши), расположением лесополос, грунтовых дорог и т.д. Наибольший вклад в изменение морфологии освоенных склонов междуречий вносят случаи экстремального стока и смыва.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кузнецова, Юлия Сергеевна, Москва

1. Алексин A.A. Физико-географическая характеристика Орловской области. В кн.: Природа Орловского края. Орел: Орловское отделение Приокского книжного изд-ва, 1983. С. 7-15.

2. Алифанова Т.П. Внутрипочвенный сток на полях Заволжья, защищенных лесными полосами//Почвоведение, 1965, №9. М.: Наука. С.63 71.

3. Ананьев Г.С. Вершинные поверхности междуречий, процессы их формирования и эволюция//Процессы формирования рельефа Сибири. Отв. ред. Логачев H.A. Новосибирск: Изд-во «Наука», Сибирское отделение, 1987. С. 7-33.

4. Ананьев Г.С. Формирование междуречий // Динамическая геоморфология. М.: Изд-во МГУ. 1992. С. 195-236.

5. Ананьев Г.С. Катастрофические процессы рельефообразования. М.: Изд-во МГУ, 1998. 102 с.

6. Ананьев Г.С. Лекции по курсу «Динамическая геоморфология» для студентов-геоморфологов 4 курса. Неопубликованные материалы. 2004 г.

7. Антонов С.И. Изменение морфологии мезорельефа междуречий центральных районов Русской равнины в плейстоцене. В кн.: Морфология рельефа. Под ред. Д.А. Тимофеева, Г.Ф. Уфимцева. М.: Научный Мир, 2004. С. 123 134.

8. Арманд Д.Л., Лидов В.П., Сетунская Л.Е., Хмелева Н.В. Физико-географическая характеристика Новосильского и Острогожского ключевых участков/Сельскохозяйственная эрозия и борьба с ней. М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 38-107.

9. Арманд Д.Л. Физико-географические основы проектирования сети полезащитных лесных полос. М.: Институт Географии АН СССР, 1961. 367 с.

10. Арманд Д.Л. Классификация эрозионных форм и процессов//Вопросы методики почвенно-эрозионного картирования. Мин-во сельского хозяйства СССР, Госуд. НИИ Земельных ресурсов. М.: 1972. С. 301 312.

11. Архангельский А.Д. Геологическое строение и геологическая история СССР. Т.1. Геологическое строение СССР и его отношение к строению остальной поверхности Земли. М.-Л.: Гос. изд-во геол. литературы Министерства геологии СССР, 1947. 412 с.

12. Атлас радиоактивного загрязнения Европейской части России, Белоруссии и Украины / Под ред. Израэля Ю.А. М.: Росгидромет, Роскартография, 1998. 142 с.

13. Ахромеев Л.М. Геоморфологический словарь-справочник. Под ред. Шевченко П.Г. Брянск, 2002. 320 с.

14. Барабанов А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1993. 156 с.

15. Барабанов А.Т., Петелько А.И., Иванова В.А. Анализ влияния природных и антропогенных факторов эрозионно-гидрологического процесса//Фитомелиорация Нечерноземья. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1996. С. 56-71.

16. Бачурина A.A., Петриченко И. А., Давыдова O.A. Некоторые данные о значительных осадках в различных районах СССР в тёплый период // Труды Гос. гидрол. ин-та. 1972. Вып. 108. С. 20-32.

17. Беляев В.А. Изучение смыва почв по растительному покрову//Вопросы методики почвенно-эрозионного картирования. Мин-во сельского хозяйства СССР, Госуд. НИИ Земельных ресурсов. М.: 1972. С. 85 98.19

Информация о работе

Кузнецова, Юлия Сергеевна
кандидата географических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.25

Диссертация

Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы