Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геоморфологический анализ и прогноз оврагообразования (на примере Центрального Черноземья)

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Геоморфологический анализ и прогноз оврагообразования (на примере Центрального Черноземья)"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА-

Географический факультет

На правах рукописи

БОНДАРЕВ Валерий Петрович

ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ 0ВРАГ00БРА30ВАНИЯ (на примере Центрального Черноземья)

11.00.04 - Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1994

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

- кандидат технических наук, ведущий научный сотруник Е.Ф.Зорина

- доктор географических наук, профессор Ю.Г.Симонов

- кандидат географических наук, старший научный сотруник Л.Е.Сетунская

- Проблемная научно-исследовательская гидромелиоративная лаборатория Воронежского агроуниверситета им.К.Д.Гликки

Защита диссертации состоится " ^ ' 4 199 V год;

на заседании специализированного совета по геоморфологии эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д 053.05.06) при Московском государственном университете им М.В.Ломоносова по адресу: 119899, г.Москва, ГСП-3, Ленинские горы МГУ, географический факультет, аудитория 21-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географическое факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан » ^99 ^ года

/ Ученый секретарь специализированного совета, доктор географических наук, профессор

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Интенсивно развивающаяся овражная сеть разрушает ценные земельные угодья, промышленные и жилые массивы, железнодорожные и автомобильные дороги. Продукты эрозии заи-ляют верхние звенья гидрографической сети, водохранилища и пруды. В то же время, в практике существует много неудачных примеров борьбы с оврагообразовамием, которые иногда приводят к негативным последствиям. Например, известны случаи подтопления жилых массивов в связи с ликвидацией оврагов. Следовательно, важно иметь прогноз ов-рагообразования, который дал бы возможность определить потенциальное поражение оврагами территории, соответствие современных овражных характеристик прогнозным, судить о масштабах явления и интенсивности оврагообразозания. Однако, в настоящее время такие прогнозы делаются редко, и они не охватывают всего комплекса параметров овражной эрозии. Прогноз целесообразно строить на базе геоморфологического анализа. Это позволит составить более точный прогноз и сопоставить его с реальной картиной оврагообразования.

Наиболее ярко все сложности борьбы с овражной эрозией проявились в районах старого сельскохозяйственного освоения Центрального Черноземья. Это регион распространения наиболее ценных плодородных почв, первое значительное земледельческое освоение которых началось еще в скифский период с VII в. до н.э. до I - II вв. н. з. Район располагается на Среднерусской возвышенности и Окско-Донской равнине, приуроченных к выступу кристаллического фундамента Воронежской антеклизы, находится в степной и лесостепной зонах. Это позволяет рассмотреть достаточно большой круг природных и антропогенных условий, влияющих на оврагообразование.

ЦедИ-ИЛ.аданИ-.да&йТ-Ы! Целью работы является разработка upoi ноза оврагообразования в пределах Центральною Черноземья на ог.но ве геоморфологического анализа территории. Для этого решались еле дующие задачи: 1) выявить основные свойства оврагов и охарактеризо вать современную овражность Центрального Черноземья; 2) исследо вать условия и факторы оврагообразования, влиявшие на высокую ин тенсивность и дифференциацию по площади овражной эрозии; 3) изу чить закономерности оврагообразования с помощью лабораторного экс перимента; 4) уточнить модель прогноза оврагообразования; 5) cocía вить прогноз оврагообразования и проанализировать его.

Нау1Шая-^ойиз_!1а_дабй1Ь1. в ходе проведенного исследования по лучены новые данные о морфометрических особенностях оврагов, бало и лощин и их водосборных бассейнов; о формах продольного профил: верхних звеньев эрозионной сети; о закономерностях изменения интен сивности развития оврагов во времени; о вкладе природных и антропо генных условий в дифференциацию оврагов по площади. Впервые был! составлены карты площадей и объемов современных овражных фор? на территории Центрального Черноземья; определено прогнозное пора жение площади оврагами в Центральном Черноземье, а также объем! выноса вещества из оврагов; проведен расчет возможного общего вре мени развития оврагов и дана оценка количества грунта, вынесенног из оврага в разные периоды развития.

Практическое значение. Прогнозные характеристики оврагообрг зования позволяют оптимизировать решение задач хозяйственного ос воения территории, выбрать оптимальный вариант использования зе мель, обосновать комплекс противоэрозионных мероприятий и их рац^ ональное размещение на территории Центрального Черноземья.

-Мегодика^сследояанйА, Для изучения оврагообразования Uei трального Черноземья проводились полевые и камеральные работь

при этом применялись: 1) описание, позволившее выявить качественные признаки типов оврагов и их привязку к формам долинно-балочного рельефа, определи!ь типичные характеристики и черты оврагов, установить качесгвенные закономерности распространения оврагов и предварительно оценить их слязь с условиями и факторами оврагообразова-ния;2) морфомотричоские и картометрические методы, которые позволили получить типичные характеристики оврагов, рассчитать площади и объемы оврахной сети, получить количественные зависимости плановых характеристик оврагов, балок и лощин, а также их продольных профилей; 3) математическое моделирование использовалось для получения количественной характеристики основных прогнозных параметров оврагов и их картографирования; 4) физическое моделирование дало аозмохность проанализировать закономерности оврагообразования и уточнить эмпирические коэффициенты в расчетных зависимостях для оценки интенсивност/ развития оврагов; 5) статистический анализ мор-фометрических и картометрических данных позволил количественно оценить вклад природных и антропогенных условий в распространение и дифференциацию оврагов по территории Центрального Черноземья.

Апробация иг.слепояаний Основные положения работы докладывались на Всесоюзных конференциях молодых ученых в гг. Кишиневе (1990) и Курске (1991); на Всесоюзной научной конференции "Эрозио-ведение: теория, эксперимент, практика." (Москва, 1991); на двух мех-государственных научных конференциях: "Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха* (Пермь, 1993) и "Инженерная география" (Вологда, 1993); на Восьмом межвузовском совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Воронеж, 1993); на Всеросийском совещании по изучению четвертичного периода (Москва, 1994).

| - 4 -

Итоги исследований опубликованы в 11 статьях и тезисах докладов. 3 работы находятся в печати,

Объем работы. Диссертация имеет общий объем /.^¿страниц. Текст иллюстрирован?./ рисунками и графиками, .^таблицами. Список литературы включает'.4.£&азваний.

Работа выполнена под руководством ведущего научного сотрудника Е.Ф.Зориной, которой автор выражает свою искреннюю признательность. Автор благодарен профессору Р.С.Чалову и старшему научному сотруднику Б.П.Любимову за прочтение работы и высказанные замечания, а также всем сотрудникам научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ и коллегам из ВНИИЗ и ЗПЭ, которые на разных этапах исследования принимали участие в подготовке и обсуждении диссертации.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ 0ВРАГ00БРА30ВАНИИ

За овраг в работе принималась линейная форма флювиального рельефа, имеющая крутые обрывистые незадернованные склоны и нестабильный продольный профиль, не совпадающий с формой склона, и врезающееся русло. В пределах Центрального Черноземья широко рас' пространены балки и лощины. В пределах их водосборов овражность проявляет себя по разному. При этом балку и лощину можно определить как линейные отрицательные формы флювиального рельефа, характеризующиеся задернованными, достаточно пологими склонами и плоским задернованным днищем. Балки отличаются от лощин по более крутым склонам (уклоны склонов более 0,3).

При построении прогноза необходимо иметь четкую картину современной овражности. Наиболее широко используемыми методами изучения современной овражности признаны полевой и картографический.

Достаточно полный анализ полевых методов исследований и их результаты излагается в работе Л.Е.Сетунской (1986). По ее мнению, непосредственно в полевых условиях, как правило, исследуются морфологические и морфометрические характеристики эрозионных форм. При стационарных наблюдениях на объектах проводятся исследования также морфологии и морфометрии водосборов эрозионных форм и замеры объемов стока воды и наносов подлине оврага и в его устьевом створе.

Широко используемыми характеристиками при изучении современной овражности являются густота и плотность овражной сети. Под руководством Б.Ф.Косова (1973) была составлена карта овражности, на которой дается оценка густоты и плотности крупных оврагов. Позднее в НИЛ эрозии почв и русловых процессов МГУ построены карты густоты и плотности овражной сети, на которых учтены современные овраги размером больше 70м. Эти карты и послужили базовыми для изучения современной овражности Центрального Черноземья. В последнее зремя разработана методика построения карт площадей и объемов оврагов (Прохорова, 1985, Овражная эрозия, 1989), которая использовалась в работе для получений данных характеристик овражности.

Для понимания современной кратины овражности и составления корректного прогноза целесообразно дать анализ условий оврагообра-зования: геоморфологических, геологических, гидрометеорологических и антропогенных. Неоднозначность оценки условий оврагообразования и недостаточная их количественная характеристика для Центрального Черноземья приводит к необходимости проведения дополнительных исследований по установлению конкретного вклада этих условий в распространение современных оврагов Центрального Черноземья.

Наиболее широко используемым методом прогнозирования оврагообразования является его моделирование, как правило, математическое или физическое. Усилиями ряда ученых созданы различные ма-

тематические модели оврагообраэования. Для поставленных целей наи более подходящей и разработанной является модель, статическая часп которой представляет собой систему уравнений, определяющих макси мально возможные габариты оврагов в случае сведения защитного ело: растительности и отсутствия на территории противоэрозионных мере приятий. Тогда можно ожидать, что при расчетах получается предельны! случай развития оврагов, или, так нназываемый, овражный потенииа. территории (Е.Ф.Зориной, 1985, 1989). В таком случае современна овражность может рассматриваться как степень реализации (выработ ки) потенциала. Опорные уравнения используемой динамической моде ли были опубликованы в двух работах (Зорина Е.Ф. и др., 1993; Зори на Е.ФГ, Никольская И.И., Ковалев С.Н., Бондарев, 1993).

Анализ модели показал, что для расширенного ее применени целесообразно уточнить эмпирические коэффициенты, а также прове рить возможность их применения на территории Центрального Чернс земья.

Для целей прогноза можно также использовать физическое мс делирование. Анализ опубликованных работ показал, что проведенны ранее исследований недостаточно.и, для целей прогноза, нужны дальн« йшие экспериментальные исследования.

ГЛАВА 2.СОВРЕМЕННАЯ ОВРАЖНОСТЬ ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНОГО

ЧЕРНОЗЕМЬЯ

Для расчета овражного потенциала территории важно знать мо| фометрические характеристики современных оврагов, балок и лощи! От этих характеристик зависит количество оврагов, располагающихся ь водосборе, глубины базисов эрозии оврагов, количество вод> стекающей с водосбора.

Проведенные исследования позволили проанализировать конфигурацию водосборов оврагов, лощин и балок для Центрального Черноземья. Оказалось, что лощинные и балочные водосборы практически совпадают по конфигурации и имеют достаточно округлый вид. В то же время овражные водосборы более узкие и вытянуты в плане. Исследования позволили получить зависимости связи длины водосбора (L) с его площадью (F) для оврагов, балок и лощин Центрального Черноземья, соответственно:

2

F0B ={0,29 ±0,08) Lqb (1)

2

Яб-л »(0.35 ±0,11) L^.,, 12)

Далее проанализированы интервалы наиболее встречающихся <онфигураций водосборов (около 70 % от общего числа) и проведено сравнение с замерами Е.Ф.Зориной и др., (1981) для Юга Нечерно-?емья. Несмотря на рэжональные особенности, конфигурация и зависимость площади водосбора от его длины сопоставимы. Анализ водосборов Центрального Черноземья яозаолил установить, что на каждом ющйнно-балочнсм водосборе может расположится не более 18 овраж-шх водосборов.

Для оврагоБ и баг.ок суацзсгвует ряд зависимостей, описывающих форму продольного профиля. (В.И.Филин,1957; И.В.Боголюбова и А.В.Караушеа, 197С; Е.Ф.Зорииой, 1Э81 и др.). Анализ натурных »езультатов по Центральному Черкозэмьк» локазываег, что средние юкаэатели уклона продольного »профиля балок и лощин отличаются. :слк а первом случав профиль аогнутый, тс во Етором • он практически |рямой. При этом краягя балочного профиля почти сювпадает с >ассчитаннной по формуле И.З.Боголю5овом а А.З.Караушева (1979). ^ледовагельно, данная формула, в ."¡¿рвом приближении, характеризует фодольные профили современных бал.ск.

Для дальнейшего анализа были выделены зоны наиболее часто встречающихся отметок продольных профилей балок и лощин (± G). Анализ показал, что линия максимальной стрелы прогиба для балок практически совпадает с линией максимальной стрелы прогиба расчетного профиля, предлагаемого в работе Е.Ф.Зориной (1981). Анализ также показал, что линия минимального прогиба баг.ок почти соответствует максимальному для лощин. Характерно, что расчетный профиль по формуле В.И.Филина (1957) совпадает с редко встечающимися реальными продольными профилями, характеризуя балки с аномальными значениями стрелы прогиба.

Таким образом, у балок и лощин конфигурация кодосбороп и отношение площади водосборов к его длине практически одинаковы. Основное отличие лощин от балок в более пологом уклоне их склона Полученные результаты показывают, что не менее типичным для этих форм является различие в форме продольных профилей. Эти различи; обеспечивают недостаточные для развития оврагов глубины базисов эрозии на склонах лощин, в отличие от балок, имеющих более крутые склоны и большие глубины базисов эрозии. Одним из важных отличи? оврагов от балок и лощин является конфигурация их водосборов.

Для выявления реализации овражного потенциала необходимс знать современное состояние овражной сети и его характеристики. Со поставление карт густоты и плотности овражной сети дало коэффициент корреляции 0,84. т.е. средняя длина оврагов достаточно одинакова дл; разных районов Центрального Черноземья (200 - 300 м). Для более подробной характеристики овражности территории и прогноза овраго образования были составлены карты площадей (км2/км2) и объемов ов paros (м3/км2), а также получены типичные средние площади (м2) v объемы (м3) оврагов для различных районов Центрального Черно земья. Расчеты площадей и объемов типичных оврагов показали и>

большой разброс по территории (в среднем площади от 150 до 10 ООО м2, объемы от 85 до 21 ООО м3).

Для прогнозной оценки оврагообразования был проведен анализ его современных тенденций. В основу определения интенсивности современного оврагообразования были положены работы В.И.Масальского (1897), Э.Э.Керна (1913), М.В.Проничезой (1955), С.Г.Чермского (1365), Мясоедоеа (1984), А.И.Скоморсхова (1981), А.Г.Рожкова и Н.Д.Гориной (1989). Данные о скоростях роста оврагов показали, что средние скорости линейного роста оврагов колеблются в пределах от 0,5 до 2 м/год; наибольшие скорости роста, вне зависимости от природных условий, отмечаются в начальный период развития овражных форм и могут достигать 50-150 м/год.

Анализ показал, что дифференциация пространственно-временных характеристик соьремеккой овражности хорошо согласуется с геоморфологическими районами, выделенными А.И.Спиридоновым и др., (1985).

Среднерусская возвышенность характеризуется достаточно вы-сокимипоказателями овражности и большой неоднородностью распространения по территории. В пределах изучаемой территории она представлена тремя геоморфологическими подобластями: а) Орловско-Гульской;б) Курско-Воронежской; в) Калачско-Россошанской,

Орловско-Тудьская подобласть охватывает северную часть возвышенности. Она характеризуется средними плотностями овражной сети от 1,3 до А ед/км2. Густота овражной сети колеблется от 0,3 до 0,8 кмЛсм2. Площадь, пораженная оврагами, составляет приблизительно 0,4 - 0,6 процентов, объемы оврагов - 3,8 - 7,5 тыс.м3/км2. Средние гжнейные скорости роста оврагов составляют 0,5 ' 1,5 м/год.

Курско-Воронежская подобласть харахеризуется большой неоднородностью характеристик овражности. При этом наибольшие

величины встречаются в Доно-Оскольском районе. Средние значения плотности овражной сети находятся в интервале 1,3 - 2,5 ед/км2, густоты • 0,3 - 0,8 км/км2. Площадь покрытия оврагами обычно составляет 0,4 -0,6 процентов, а объемы оврагов - 3,8 - 15,7 тыс.м3/км2. Средние скорости линейного роста составляют 1,0 - 3,0 м/год.

Каяа_чсхо:Р.оссйщанская подобласть юго-восточной части Среднерусской возвышенности имеет наибольшие величины овражно-сти для Центрального Черноземья. Плотность овражной сети в среднем 4,0 ед/км2, а густота • 0,9 км/км2. Плошадь поражения территории оврагами имеет, в среднем, 1,3 процент. Объемы оврагов колеблются от 15,0 до 25,0 тыс.м3/км2. Средние скорости линейного роста также достаточно высокие (1,5-3,0 м/год).

Волжска-Скско-Данская равнина на территории Центрального Черноземья представлена подобластью Окско-Донской низменности, которая характеризуется сравнительно низкими величинами оаражности. Плотность в данной подобласти, как правило, не превышает 1,5 ед/км2, густота - 0,4 км/км2, площадь - 0,3 процента, а объем - 3,0 тыс.м3/км2. Средние скорости роста не превышают 1,0 м/год.

ГЛАВА З.УСЛОВИЯ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ

Работами многих ученых доказано, что наиболее существенное условие оврагообразования - антропогенная деятельность. Анализ литературных данных и собственные исследования дают возможность утверждать, что из всего разнообразия антропогенных условий, определивших активизацию оврагообразования на территории рассматриваемого региона, наиболее распространена и ярко выражена распашка земель. Более того, она влияет не только на высокую овражность, но и на дифференциацию оврагов по территории (17 %

вклада). Это обстоятельстио дает основание считать оправданным введение в прогнозную модель учет защитной роли растительного покрова как основной антропогенной предпосылки для полной реализации овражного потенциала.

В выбранной модели оврагообразования важное место занимают величины глубин местных базисов эрозии и густота долинно-ба-лочной сети. Оценка влияния на характеристики современной овракно-сти глубин местных базисов эрозии Центрального Черноземья проводилась на составленной для этих целей карте глубин базисов эрозии рек. Анализ связи выявил, что коэффициент корреляции между глубинами базисов эрозии рек и плотностью овражной сети равен 0,59. Для дальнейшего анализа была построена карта глубин базисов эрозии балок. Коэффициент корреляции между плотностью овражной сети и глубинами базисов эрозии балок равен 0,65, т.е. линейная связь между этими показателями более тесная, чем между глубинами базисов эрозии рек и плотностью овражной сети.

Для выяснения зависимости овражности территории Центрального Черноземья от густоты долинно-балочной сети был проведен корреляционный анализ связи овражности с общей густотой долинно-балочной сети, которые показали, что линейная связь отсутствует. Это связано стем, что в общую густоту входят реки, лощины и балки. Анализ связи овражности и гусоты речной сети также показал, что линейная связь у данных характеристик отсутствует, что, вероятно, связано с тем, что реки часто имеют достаточно широкие долины, склоны которых разобраны водосборами балок и лощин. Анализ овражности с построенной для этих целей картой балочной сети показывает наличие линейной связи между густотой балочной сети и заовраженностью территории (коэффициент корреляции равен 0,56).

Изучение связи современной овражности с геоморфологиче скими характеристиками позволяет сделать вывод о большой их роли I оврагообразовании, а также о целесообразности введения в прогно зные зависимости местных глубин базисов эрозии и густоты долинно балочной сети.

В выбранной для прогноза модели геологические условия харак теризуются через размывающую скорость потока для грунтов данной состава. Для анализа связи современной овражности с противоэрози онными свойствами грунтов, характеризующимися через размывающи( скорости, использовалась карта размываемости горных пород (на глу бину эрозионных врезов) (Б.П.Любимов, 1990). Сопоставление кар современной густоты овражной сети и размываемости пород для Цен трального Черноземья показывает, что для разных частей Центральной Черноземья связь овражности с литологией пород проявляется в разно! степени. Проведенный статистический анализ показал отсутствие ли нейной связи между плотностью овражной сети и распространение> горных пород с различной размываемостью. Хотя из полевого опыт, такая связь и известна. Вероятно, при исследованиии этого явления картам мелкого масштаба больший вклад в овражность дают други-условия, например, глубины местных базисов эрозии и др.

"Гидрометеорологическим показателем, дающим представление I количестве стекающей воды, интенсивности стока и входящем в прог нозную модель оврагообразования, является расход воды в замы кающем створе овражного водосбора. На территории центра Русско равнины расходы дождевых паводков редкой повторяемости, как прг вило, значительно превышают аналогичные расходы при стоке талы вод (Инструкция по определению..., 1979). В процессе формировани выработанного продольного профиля эти расходы нередко являютс определяющими, и от них зависят предельные габариты оврагов. Прк

нято считать, что расход воды в замыкающем створе оврахного водосбора является функцией суточного слоя осадков теплого периода малой обеспеченности и площади овражного водосбора. Проведенный дисперсионный анализ выявил вклад слоя стока на пространственное распространение оврахности в пределах Центрального Черноземья (15 %). Однако, расход воды зависит, как известно, не только от коэффициента стока и суточного слоя осадков, но и от пощади водосбора, которая может заметно поменяться на площади с одинаковым слоем стока. Таким образом, вклад гидрометеорологического фактора е современную оврахность вполне соответствует его месту в прогнозной модели оврагообразования.

Оценив влияние отдельных условий в обеспечение оврахности и ее дифференциации по территории, возможно получить общее представление о вкладе условий в распространение оврагов по территории.

Сопоставление неотектонической карты (Н.И.Николаев и др., 1985) с картой размываемости горных пород позволило установить обусловленность неотектоникой литологического строения территории. Следовательно, мохно предположить, что оврахность Центрального Черноземья опосредованно связана с неотектоникой. По методике Ю.Г.Симонова (1372) были проведены исследования блоковой структуры и неотектонического строения территории. Дисперсионный анализ выявил 55%-й вклад тектоники в дифференциацию оврагов по территории. Суммарное влияние неотектоники на распространение глубин местных базисов эрозии составляет 51%. Проведенный корреляционный анализ связи линиаментов в пределах блоков и густоты долинно-балочной сети говорит о наличии линейной связи (коэффициент корреляции 0,57), т.е. можно сделать вывод о том, что неотектонические дислокации во многом определяют густоту долинно-балочной сети. Следовательно, проведенный анализ позволяет сделать

заключение', что »клад геолого-геоморфолических условий в опраго-образование достигает 55 %.

Приняв такхе, в первом приближении, суточный слой осадков теплого периода 1 % обеспеченности за показатель, характеризующий гидрометеорологические условия территории, мохно констатировать 15% его вклада в общую дифференциацию оврагов на территории Центрального Черноземья. Т.к. наиболее представительным условием оврагообразования ка территории-Центрально Черноземья является распашка земель, влияние антропогенных условий на дифференциацию оврагообразования приблизительно равно 17 %. Тогда мохно составить сводку Ехлада условий в распространенность оврагов по территории

Центрального Черноземья:

геолого-геоморфологические условия - 55 %

гидрометеорологические условия - 17 %

антропогенные условия - 15 %

неучтенные условия - 13 %

все условия - 100 ^

Полученные результаты хорошо согласуются с закладываемыми

в прогнозную модель представлениями о роли условий в образовании

прогнозных оврагов.

ГЛАВА 4. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ

Физическое моделирование развития оврагов на коротких склонах и малых средних уклонах проводилось в лаборатории моделирования почвенно-эрозионных процессов ВНИИЗиЗПЭ (В.П.Бондарев, 1990,1993). Было проведено две серии опытов. В первом случае имитировались условия дождевой эрозии. Во втором - вода подавалась с верховий водосбора, что соответствует концентрации стока в результате

его перераспределения при образовании искусственных рубежей или сбросе промышленных отходов п жидком виде.

Лоток для моделирования оврагообразования имел размеры 80см'30см*30см. Дождь формировался капельными дождевателями, в которых для образования капель использовались капиллярные трубки. Эрозионная форма, получаемая на модели, соответствовала оврагу, развивающемуся на склоке длиной 70 - 80 м, с площадью водосбора 0,2 - 0,4 га. Были подобраны значения расходов воды, которые обеспечивали равенство чисел Фруда модели и натуры ( Рг я 0,8 - 0,9), при этом число Рейнольдса больше критических и находится в области квадратичных сопротивлений. В результате.установочных экспериментов был также подобран грунт (лессовидный суглинок) и условия режима дождевания и попусков воды. Интенсивность дождя в опытах составляла 2,0 - 2,5 мм/мин. Дождевание проводилось по 5 мин с интервалами 30 мин. В связи с конструктивными особенностями лотка при дождевании более 100 минут' картина оврагообразования сильно искажалась. Этот факт обусловил длительность экспериментов.

В результате экспериментов были получены данные об изменении мутности в период формирования экспериментального оврага. В первой серии опытов с помощью дождевания изучались закономерности формирования оврагов на склоне. Максимальную мутность поток имел к 10 % времени, мутность уменьшалась по эскспоненциальному закону. Линейный рост практически прекращался к 20 % общего времени эксперимента. Интенсивное врезание линейной формы происходило в первые 30 - 40 % времени эксперимента. После прохождения 60 % времени практически стабилизировалась площадь эрозионной формы. Анализ показал, что чем более интенсивное оползание происходит на бортах эрозионной формы, тем больший наблюдается всплеск мутности.

В следующей серии экспериментов вода на поверхности модели подавалась напуском с верхней части водосбора. Общий ход кривой зависимости мутности потока от времени размыва при этом остается тем же, что и в опытах первой серии. Однако, размыв быстрее достигает водораздела, и нарастание мутности в начале развития эрозионной формы, характерное для первой серии экспериментов, отсутствует.

Полученные экспериментальные данные подтверждают представления о неравномерности роста оврагов в различные стадии его формирования, дают представления о скоростях роста эрозионной формы в условиях отсутствия растительного покрова на малых склонах и с небольшими уклонами водосборной поверхности. Полученные количественные характеристики дали возможность уточнить расчетную зависимость для общего времени оврагообразования.

ГЛАВА 5.ПРОГНОЗ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ

На основе изучения морфометрических характеристик оврагов, балок, лощин и их бассейнов, а также условий оврагообразования был составлен прогноз густоты и плотности овражной сети для территории Центрального Черноземья. Также были выполнены расчеты прогнозных величин площадей (км2Лсм2) и объемов оврагов (м3/км2), а также получены типичные средние площади (м2) и объемы (м3) прогнозных оврагов для Центрального Черноземья. Анализ соотношения современной и прогнозной выработки овражности по разным характеристикам показала, что, как правило, наибольшую выработку потенциала имеет плотность овражной сети, далее по убывающей -густота, площадь и объем. Это хорошо согласуется с результатами проведенных экспериментальных работ.

Результаты проведенных экспериментов и сопоставление пространственных харакеристик овражности дают основание полагать, что расчеты целесообразно проводить, как минимум, на четыре временных среза, по проценту выработанности объема (5 %; 60%; 80 %; 100 %). На первых 5 % оврагообразования, по данным экспериментов и натурных наблюдений, проходит наиболее активная стадия развития оврага. 100 % объемного развития оврага - это полная реализация потенциала оврагообоаэования и теоретически прекращение его существования. Когда овраг достигает 60 % своего потенциального объема, у него полностью стабилизируются площадные характеристики. К 80 % выработанности объема овраг становится столь мало активным, что имеется большая доля вероятности его самозарастания, т.е. есть все основания приурочить конец существования оврага именно к этому рубежу.

Дифференциация прогнозных характеристик оврагообразования достаточно хорошо укладывается в рамки геоморофлогических районов. Это позволяет сделать сводный прогноз оврагообразования в рамках геоморфологических границ.

Среднерусская возвышенность

Орл^всхо^Тульская подобласть характеризуется высокими прогнозными пространственными характеристиками. Плотность овражной сети колеблется в среднем от 8,3 до 12,5 ед/км2, густота - от 2,3 до 3,0 км/км2, площади - от 1,6 до 2,5 %, объемы - от 65 до 150 тыс.м3/км2. Подобласть характеризуется слабой выработкой потенциала (для объемов - 3-12 %), характеризующей ее как эрозионно опасную. Время потенциального роста оврагов колеблется в среднем от 50 до 200 лет. Современные зрелые овраги, вероятно, сформировались в течение, приблизительно, 100-300 лет. Объемы выноса в первые годы состав-

ляют 100-400 м3/год, при 80 % выработки объема они уменьшаются до 10-30 м3/год.

Курзд&Водаиежская подобласть имеет высокие показатели прогнозной овражности. Плотность овражной сети обычно изменяется в интервале от 6,7 до 10,4 ед/км2, густота - от 1,9 до 2,5 км/км2, площади -от 1,3 до 2,0 %, объемы - от 55 до 75 тыс.м3/км2. Подобласть характеризуется большим разбросом величин выработанности, имея среднюю выработку потенциала (для объемов - 5-25 %) и время развития прогнозной овражности приблизительно 70-80 лет. Зрелые овраги, вероятно, развились за 100-130 лет. Интенсивность объемного роста в .начальный период имеет величины от 150-500 м3/год, а на заключительно стадии -10-30 м3/год.

Калачско-Россошанская подобласть отличается наиболее высокими значениями прогнозной овражности для Центрального Черноземья (плотность - 7,5-12,5 ед/км2, густота - 2,2-2,5 км/км2, площади - 3,5 %, объемы - 80-150 тыс.м3/км2). Подобласть характеризуется большим разбросом величин выработанности, имея среднюю выработку потенциала (для объемов - 15-30 %) и время общего развития оврагов около 70 лет. Современные зрелые овраги характеризуются, приблизительно, временем развития от 70 до 130 лет. Развитие оврагов происходит достаточно бурно, о чем свидетельствуют большие объемы выноса (для 5 % выработки объема - 770-410 м3/год),

характеризуется сравнительно низким уровнем овражного потенциала (плотность- 2,2-3,6 ед/км2, густота • 0,7-1,2 км/км2, площади - 0,2-0,5 %, объемы - 5-7 тыс.м3,км2). Этим обусловленная достаточно высокая выработка потенциала {для объемос • 25-50 %). Подобласть характеризуется малыми сроками развития прогнозных и зрелых современных оврагов (обычно не

превышает 50 лет), что также обусловлено малым потенциалом ов-рагообразования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Изучение густоты и плотности овражной сети в пределах Центрального Черноземья позволило выяснить, что при значительной овражности территория характеризуется высокой дифференциацией значений этих показателей по площади.

2) Составленные на территорию региона карты площадей и объемов оврагов позволили оценить современное поражение оврагами пахотных угодий и земель, отведенных под промышленное и гражданское строительство; объемы оврагов дали представление о количестве материала, поставляемого в гидрографическую сеть данными эрозионными формами.

3) Установлены морфометрические различия в конфигурации водосборов и продольных профилей верхних звеньев эрозионной сети, обеспечивающие развитие оврагов, в основном, на склонах балок, в то время как лощинные водосборы способны иметь значительный размыв лишь по своему тальвегу.

4) Количественная оценка показала, что при высоких значениях показателей овражности, которая обусловлена антропогенными условиями, на дифференциацию по площади современной овражности оказывают влияние геолого-геоморфологичесие, гидрометеорологические, антропогенные и прочие условия. Сделан вывод об адекватности заложенных в прогнозную модель параметров с реальной картиной оврагообразования.

5) В результате проведенных экспериментов получены данные о механизме оврагообразования, дополняющие существующие представления и позволяющие уточнить прогнозную модель.

6) На основе проведенного геоморфологического анализа оказалось возможным уточнить методику прогноза предельных показателей овражности и получить прогноз пространственных характеристик овражности. На региональном материале была опробована и выверена методика прогноза оврагообразования. Полученные результаты позволили оценить время развития крупных современных оврагов, возможное время развития активных оврагов до их предельных размеров, оценить ежегодный вынос твердого материала на разных стадиях развития.

7) Выявлены наиболее опасные районы с высоким нереализованным потенциалом, а также наиболее пораженные участки территории.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. К вопросу о применении логистических функций для описания выработанного профиля оврага// Ноосферогенез: постановка и пути решения проблемы (Тез. докл. Всесоюзн. конф. молодых ученых). Кишинев, 1990.С.175

2. Лабораторная установка для моделирования линейной эрозии на склонах//Научно-технический бюллетень ВНИИЗиЗПЭ. Курск, 1990. С. 63-67

3. Математическое описание предельного профиля оврагов с помощью логистического уравнения// (Тез.докл.Всесоюзн.конфер.молод. ученых) Курск,1991. С.78

4. Методические особенности физического моделирования овра-гообразования// Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика (Тез. цокл.Всесоюз.научн.конфер.) М: Изд-во МГУ, 1991. С. 24-25

5. К вопросу о зональности антропогенных процессов на территории СССР//Геоморфология, 1992. N 1. С. 22-24

6. Моделирование овражной эрозии. Деп.в ВИНИТИ 08.05.92, 1534-В92. 11с.

7. Экспериментальные исследования условий активизации форм линейной эрозии// Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха (Тез.докп. межгосуд.научн.конф.) Пермь: Изд-во Пермского ун-га, 1993. 4.1. С. 103-106

8. К пространственно-временному исследованию процессов ов-рагообразования// Инженерная география (Тез.докл.межгосуд. конф.) Вологда, 1993 4.1 С.28-29.

9. Понятие "модель" и "моделирование" в геоморфологии// Геоморфология, 1993 N 4. С. 20-25.

10. Интенсивность объемного роста оврагов// 8-е Межвуз.совещ. ю пробл.эроз., русл, и устьевых процессов (Тез.докл.) Воронеж, 1993. С. 35-37. (В соавторстве с Е.Ф.Зориной, И.И.Никольской, С.Н.Ковалевым)

11. Связь современного оврагообразования с неотектоникой (на тримере Центрального Черноземья)// Всеросийск.совещание по изучению четвертичного периода (Тез.докл.). М.: Изд-во Геолог, ин-та РАН, 1994. С.34.

В ПЕЧАТИ

12. О роли моделирования линейной эрозии в эффективном ис-юльзовании заовраженных земель //Эффективное использование агро-пандшафтов. Курск: Изд-во ВНИИиЗПЭ, 10 м.л.

13. Морфометрический анализ овражно-балочных систем Центрального Черноземья для целей их классификации//Геоморфология, 14 м.с.

14. Влияние неотектоники на распространение овражной сети Центрального Черноземья//Вестн. Москов. ун-та. Вып. 5 (геогр.). 10 м.с.

МГУ ЛЖ зак.297,тцр.80экз.