Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Количественная оценка характеристик склонового эрозионного процесса и вопросы оптимизации использования эрозионноопасных земель
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Количественная оценка характеристик склонового эрозионного процесса и вопросы оптимизации использования эрозионноопасных земель"

РГБ ОД

1 о ¡_ ! I > ! (-••-'^

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИИ УН1ВЕРСИТЕТ 1М. I. I. МЕЧНИКОВА

На правах рукопису

Св!тличний Олександр ОлексШович

«К1ЛЬК1СНА ОЦ1НКА ХАРАКТЕРИСТИК СХИЛОВОГО ЕР031ЙН0Г0 ПРОЦЕСУ I ПИТАНИЯ ОПТИМ13А1Ш ВИКОРИСТАИНЯ ЕР031ЙН0-НЕБЕЗПЕЧНИХ ЗЕМЕЛЬ

11.00.11 — Конструктивна география ! рацюнальне використання природних ресурав

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступени доктора географ1чних наук

Одеса — 1995

Дисертащею е рукопис.

Робота внконана на кафедр! фвнчно! географп {рацюнального приро-докорисгування Одеського державного уншерситету ¡мен! I. I. Мечникова.

Науковни консультант:

Доктор географ1чних наук, професор ШВЕБС Генр1х 1ванович

Оф1ц1Г1К1 опоненти:

1. Доктор географшних наук, професор ГОПЧЕНКО бвген Дмитрович

2. Доктор географшних наук, професор ОЛ1ФЕРОВ Август Миколайович

3. Доктор техшчних наук, професор ЧЕРВАНЬОВ 1гор Григорович

Провщна установа:

1нститут грунтознавства та агрох1мп ¡м. А. Н. Со-коловського УААН, м. Харыв. •

Захист в1дбудеться « жовтня 1995 року о /О год. на зас1данн1 спсц1алЬовано1 ради Д 05.01.04 при Одеському державному ушверснтеп ¡м. I. I. Мечникова за адресою: 270058, Одеса, Шампансышц пров., 2, ГГФ.

3 дисертацшю можна ознайомитися у науковш бШлттещ Одеського держушверситету за адресою: 270000, м. Одеса, вул. Преображенська, 24.

Автореферат розкланип

Вчсшш секретар спгц1алповано'1 вчено кандидат географ1чних наук, доцен;

вересня 1995 р.

ЖАНТАЛАИ П. I.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОГИ.

Актуалыйсть теше. Водна ероз!я грунт1в в1дноситьея до най-б1льш небезпечних деградац!йних процес!в, як! наносить величез-hí економ1чн1 збитк! в багатьох краЗСнах cbítjt. Однак, оск1льки вона торкав практично bgí компонента ландшафту i порушув його еколог1чний баланс, водна ероз!я становить проблему також i комплексну еколог1чну, одну з тих, р1шення яких обумовлюе нац1-ональну безпеку 61лышэст1 кра!н св1ту (Браун, 1989). Не в виня-тком i Укра1на. По стану на к1нець 1985 року в Укра! н i було еродовано близько третини с1лъскогоеподарськи % земель, або 12 млн. га. В Захз.дному Причорномор'1, Нвобережному степу та П1в-денному л1состепу в1дсогок змитих грунт!в суттево вище-тут еро-дований практично кокен другий гектар р1лл! (Швебс, 1987). В наявност! подальше прогресивне зб1льшення п л ощ1 еродованих земель, зумовлене суттевим пере в шценням сучасно! штенсивност1 змиву грунту, так званих, "допустимих втрат грунту"-за 20 рок!в -з 1961 по 1980-площа еродованих земель в Украш! зб1льшлась на 16% (Смирнова, Можейко, 1989), а за останню чверть стор!ччя-на 26Я (Борщевський, Дашлишин, 1992). Щор1чно збитки, hkí наноситься економ!ц1 Укра£яи ероз!ею та дефляц!ею по оц!нц1 С.Ю. БулигЛна прир!внюються з варт!стю р1чно1 с1льскогосподарсько1 продукцН в KpalHi (Булиг1н, 1994).

0птим1зац1я ерозíShoI тдсисгеми природно-господарських територ1альних систем (ПГГС) с1льскогосподарського призначення-агроландшафт1в, таким чином, для б!лыпоот1 рег1он!в Укра1ни яв-лявться необх1дною умовою етворення еколопчно збалансованих високопродуктивних агроландиафг!в. Основою оптим1зац11 ероз1й-нох тдеиетеми агроландшафгу являються математичн! модел1 еро-з!йного процеоу, як! адекватно в3.дображають в формал1зованому вигляд! достатньо складний характер впливу природних i госпо-дарських фактор!в на характер та 1нтенсивн1сть ероз!йного про-цесу. Але, незважаючи на безперечний прогрес в галуз1 розробки метод!в к1льк1сно1' оц1нки водно1ероз11 грунт1в в осганн! два десятир!ччя (W.H.Wischmeier, D.D.Smith, Г.I.Швебс, K.G.Mipuxy-лава, G.R.Poster, L.D.Meyer, Г.П.Сурмач, В.ДЛванов, I.K.Cpifl-ний, R.P.C.Morgan, В.А.Б1лолипський, А.Б.Лавровський, P.A.JIapi-онов, е.А.Гарш!ньов, A.P.J.De Roo та íh.), проблема далека в!д свого повного р1шення. 1снувч1 модел1 потребують подальшого удосконалення на основ! накопичених в останн! роки знань та да-

них про процеси стоко- 1 наносоутворення на схилах та транспорту нанос1в в умовах яскраво вираженого нестац1онарного характеру процесу. Надто серйозну проблему такок становить розробка принцип1в та метод!в оптим!зац!1 ерозШно! систеш агроландшаф-т1в з використанням сучасних !нформац!йних технологий, в першу чергу-гео!вформац!йних, у використанн! яких в кра!н! зроблеы! лише перл! кроки.

Мета 1 завдання робота. Метою робота е розробка принщш1в 1 методАв к1льк1сно1 оц1нки характеристик водно! ерозИ грун-т!в, як! враховують особливост1 просторово-часово! диференц!а-цИ схилового ероз1йно-акумудятивного процесу 1 1х застосування до вир!шення завдань щодо обгрунтування використання ероз1йно-небезпечних земель.

В робот! вир!шуються так1 головн1 завдання:

1. Виконати систематизац!ю 1 теоретичний анал!з сучасних п1дход1в до моделввання водно! ерозИ грунт!в I стоку схилових нанос!в.

2. Дати к!льк1сну од1нку сучасних метод!в урахування ре-льефних умов ероз!йного процесу.

3. Виконати теоретичне 1 е кспериментальне обгрунтування законом!рностей зм!нення характеристик схилового ероз!йного процесу вдов« схилу 1 принцип!в удосконалення емл1ричних моделей змиву грунту.

4. Виконати теоретичне обгрунтування та практичну реал!за-ц!ю динам1чно! модел! схилового ероз!йно-акумулятивного процесу, яка враховуе основн! особливост! стоко- та наносоутворення в умовах степу та л!состепу Укра1ни.

5. Обгрунтувати принцшш еереднъоыасштабно! оц!нки ! кар-тографування ерозШюй небезпеки земель, в тому числ!, 1снуючо-го та перспективного зрошення, яка враховуе особливост! просто-рово1 структури ерозЛйного процесу.

6. Розробити методичн! принципи застосування моделей еро-з!йного процесу для обгрунговування використання ероз!йнонебез-печних земель з застосуванняы сучасних !нформац!йних технолога.

Об*акт та предает досл1джень. Об'ектом досл!даень являють-ся природно-господарськ! територ1альн! система съпьскогосподар-ського призначення степу та л!состепу Украйщ. Предметом-схило-вий ероз!йно-акумулятивний процес в результат! зливових опад1в.

ЫетодологАя та иетоди досл1д*0нь. Методолог1чну основу ро-боти етановлять концепцП схилового ероз1йно-акумулятивного процесу як д1алвктично1 здносг! процес!в змиву i акумуляцИ, 1м1тац1йного моделювання як методу досл!даень та огггим1зац11 складнях систем i технологи Географ1чвих шформацНЬшх систем як сучасно! компьютерно! технологи обробки просторово розпод!-лено! 1нформацП.

В процес! виконання роботи О у ли викориетован! р1зноиан1тн1 метода теоретичних та польових досл!джень: пор1вняльно-геогра-ф!чяий, картограф!чний, диференц! альних р!внянь, математично! статистики, моделювання, оптшЛзацИ, наземних польових обсте-жень, 1нструментально£ зйомки, штучного дощування стокових площадок, тощо.

Для обгрунтування та перев1рки теоретичних положень широко використован! дан! спостережень польових експериментальних баз системи Держкомг!дромету, зокрема Богуславсько! польово! экспериментально! гл.дролог1чно1 база (КиЕвська область), Велико-Ала-дольской (Донецька область) та Молдавсько! (Республ!ка Молдова) водво-балансових статий, дан! спостережень на опорн!й cimi метеоролог!чних станц!й територ!! Укра£нського Причорномор'я i п!зденно! частини Республ!ки Молдова, картограф!лн1 матвр1али, apxlBHi матер1али кафедри ф1зично1 географ!! та природокористу-вання Одеського державного ун1верситету 1м. I.I. Мечникова, а тако* дан! польових досл!дкень, виконаних п!д кер!вництвом i за участю автора протягом 1981-1992 pp.

1м1тац1йне моделювання виконувалося з використанням IBM сум!сних пероональних комп'ютер1в з м!кропроцесорами intel-80286 та Intel-80486. Для просторово! реал!зац!1 модиф!кованого вар!анту логёко-математично! модела змиву грунту використовано програмний пакетРС-Raster, розроблений на кафедр! ф!зично! географ!! Ун!верситету м.Утрехта (Идерланди) (Van Deursen, Wgs-eeling, 1992).

ochobhI положения, no загшцаються.

1. В умовах яскраво вираженого нестац1онарного режиму зли-вового наносоутворення !нтенсивн!сть змиву грунту не збдльшу-еться одноман!тно при в!дааленн! в!д водод1лу або точки зарод-кення стоку на протяз! всього стал у, а т1льки в межах так звано! "зони активного наносоутворення", довжина яко! для орних земель р1вшшно! частини Укра!ни становить в середньому 60-150

м. За межами зони активного наносоутворення характер та 1нтен-сивн!сть ероз1йного процесу визначаеться м!сцевими уыовами, го-ловним чином, уклоном та шорсетасгю поверхн1.

2. Для повздовжнього проф!лю схилу характерна наявн1оть хвиль з характерним розм!ром в1д дек!лькох ыетргв до 100-150 м, що забезпечув механ!зм еаморегуляцИ схилу як система 1 яка в проявлениям в меках схилово! ланка принципу взаемодИ потока 1 русла, сформульованного М.А.Великановим. 0бл1к ц!е! особливост! будови поверхн! схшпв необх:1дний як при оцгнц! ероз1йно! небе-зпеки територ!!, так 1 при оптиы1зац1! агроландшафтних систем.

3. Просторово розподълешй характер фактор!в ерозШюго процесу потребуй при оц1вц! ероз1Яно! небезпеки територ!! зае-тосування просторово розпод1лених моделей ероз!йного процесу, можливост! практично! реал!зац11 яких в нин1шн!й час представляв технолог!я Геаграфгчшх ¿нформацШних систем.

4. Внасл1док зм1ни ф!зичних, х1ы!чних та м1кроб1олог!чних власгивосгей грунм.в на зрошених землях зм!ншться умови наносоутворення, однак при рац1ональному поливанн! не в!дбувавться загального збхльшення ероз1йно! небезпеки територИ. Системи протиероз!йних заход!в на зрошених землях повинн1 проектуватися з розрахунком на захист грунт!в насамперед в!д зливово! ероза.! з обл!ком зм1ни структура ероз!йно! небезпеки.

5. Найб1пыя доц!льним для оптйзацИ використання ерозШ-нонебезпечних земель е заетосування методу 1ы1тац1йного моделю-вання, який опираеться на адекватну модель схилового ероз!йно-акуыулятивного процесу та модель рац1онального використання грунтових ресурс!в як одного з природних ресурс!в, що вЛдновлю-ються.

Наукова новизна1 практична ц!нн1сть робота. Вперше теоретично 1 експериментально обгрунтована законоы!рн!сть зм!ни по довзаш! схилу характера та шгенсивност! ерозШного процесу, що дало можлив1сть обгрунтувати принципи розробки емп!ричних моделей ероз1йно-акумулятивного процесу, як! дозволяють зробити оц!нку змиву грунту та/вбо акумуляц!! нанос!в на схилах дов!ль-но1 довжини та форми. Виконан1 теоретичне обгрунтування 1 роз-робка детально! теоретично! модел! ероз!йно-акумулятивного процесу, яка враховуе основн! особливост! зливового схилового стоку води 1 нанос!в в агроландпафтах степу 1 лесостепу Украйни. Розробленг принципи оцгнки просторово! структури ероз!йного

процесу i розробки просторово-розпод!лено! системи огггин!зац!Е ероз!Яно! системи агроландшафту на основ! Г1С технолог!!.

В методичному плаш.:

Розроблен! методичн! основи к!льк!сно! оц1нки вшшву рель-ефних умов ероз!йного процесу з використанням р!знор!дних да-них, зм!ни фактор!в схилового ероз!йного процесу п!д впливом зрошуваного землеробства, застосування методу 1м!тац!йного мо-делювання до досл1дкення ероз!йного процесу 1 оптим!зац!1' ви-користання ерозШнонебезпечних земель. Розроблен! методики се-редньомасштабноЕ оц!нки ! картографування ероз1йно! небезпеки богарних i зрошуваних земель та обл!ку схилово! мезо- ! м!кро-хвилястост! при протиероз!йному проектуванн! р!зного масштабу, в тому числ!, з використанням ITC технолог!!.

В практичному план!:

Виконан! оцшка фактор!в рельефшх умов сучасних еш!рич-них моделей змиву грунту, оц!нка зм1ни фактор!в ероз1йного процесу п!д впливом зрошення, оц1нка впливу щшродних ! господар-ських фактор!в на протиероз!йну ст!Йк!сть агроландшафтних систем, середньоыасштабна оц!нка i картографування ероз!йно! небезпеки орних земель ОдеськоЕ облает!, районування УкраЕнського Причорномор'я по кл!матичним умовам зливового змиву.

Практична реал!зац!я наукових роэробок. Результата досл1д-кень використан! при виконанн! науково! теми ДКНТ УкраЗСни 3.5. 2.1. "Географ!чн! основи рац!онального природокориотування Причорномор'я", теш М!нвузу УкраЕни "Розробити базов! модвл! гру-нтозахисних систем контурно-мел!оративного землеробства ! нор-матив!в рац!онального упорядження структур земельних уг!дь",тем ДКНТ УкраЕни 2.01.03/021 "Розробка модел! ероз!йно-акумулягив-ного процесу, вклотаючи ст1к наносив в руслах малих р!чок, як основи проектуваная басейнових ероз!йност1Яких агроландшафт!в степу i л!состепу Украши" i 6.3/264 "Г1С-районування цриродно-ресурсного потенц!алу: розробка теоретичних основ ! методики комплексного експертно-формал13ованого п!дходу отосовно до наук про Землю", п!дпрограми "Ероз!я ! дефляц1я. Агроеколог!чна оц!нка i прогнозування" проекту "Агроеколог!я (агроекологгчний мон!тор!нг)" УкраЕнськоЕ аграрно! академ!х наук, к!лькох госп-догов1рних тем щодо обгрунтування протиерозййгах заход!в при мел1оративному проектуванн! (III черги зрошення !з П!вн!чно-Кримського каналу; Добрянсько! зрошувально! системи (ЗС), Kipo-

воградська область; Трикрагсько! ЗС, Микола£вська область; III черги Явк1нсько1 ЗС, Микола1вська область; ыаоиву мекир1ччя Ботна-Бик, Республ1ка Молдова), науково-досл1дно1 теми "Розроб-ка 1м1тац1йно!1 модел! "Вода! ресурса зрошуваного рег1ону" i проект!в землевпорядкуваныя i землекорисгування для ряду ферме-рсысих господарств Одесько! та Микола£всько1 областей. Результата досл!даень реал!зован1 такох в навчальному цроцес! щи ви-кладанн! автором курс!в "Охорона I рац!ональне використашя водних pecypciB" та "Гео1нфорыац1йн1 системи" на географ1чному в1дд!ленн1 ОДУ 1м. I.I.Мечникова.

АпробаЩя результат1в досл1дхень. Ochobhí положения дасер-тац11 допов!далися на Всесоюзних наукових конференц!ях "Теоре-тичн1 основи протиероз!йних заход!в" (Одеса, 1979), "Законом1р-ност! прояву ероз!йних i руслових процес1в в р1зних природних умовах" (Москва, 1981, 1987). Республ1канськ1й науково-практич-н!й конференцИ "Природне середовице i територ1альна орган1за-ц1я виробництва" (KmmíB, 1982), I (1арк1в, 1982), II (Хар-рк!в, 1986) i И (Харк1в, 1994) з'1здах ррунгознавц!в i arpoxi-míkíb Укра1ни, VIII Всесоюзному з'!зд! грунтознавц!в (Новоси-б!рськ, 1989), Республ1канськ1й науков!й конференцИ "Чорноземи МолдавИ i напрямки 1х рац1онального використашя" (Кишин1в, 1984), V Всесоюзному г!дролог1чному з'1зд1 (Лен1нград, 1986), VIII ВсесоюзшА конференцИ з мел1оративно£ географН (Талл1нн, 1988), Республ1канськ1й науков1й конференцИ "Еколог1чн1 аспекта використання i охорони грунтових pecypciB МолдавИ (Кишин1в, 1990), VI (Одеса, 1990) i VII (Ки1в, 1995) зЧздах Географ1чно-го товариства У крайни, ВсесоюзнЗЛ науково-практичнШ конференцИ "Грунгозахисна технолоПя поливу i п!двшцення протипаводко-вого захисту" (Пущино, 1990), Всесоюзна науков1й конференц!! "Ероз1ознавство: теор1я, експеримент, практика" (Москва, 1991), III "бвропейськй! конференцИ s Географ!чних длформацШних систем EGIS'92 (Мюнхен, 1992), м!жнародн1й науков!й конференцИ "Зрошувальн! мел1орацИ-1х розвиток, ефективн!сть i пробле-ми" (Херсон, 1993), Укра 1нсько-американськ1й науково-практичн!й конференцИ (Ки!в, 1993), Республ1канськ1й науков1й конференцИ "Еколог1чне та соц1ально-економ!чне обгрунтування рег!ональних схем рац1онального природокористування" (М1нськ, 1993), науко-во-практичн!й конференцП "Еколог1чн1 проблеми Одеського perio-ну та IX рйпення" (Одеса, 1994), VI бвропейсыай конференцП з

Географ!чних !нформац!йних систем Ей К/МАЛ I'94 (Париж, 1994), ы!жнародному сидаоз!ум! "Зустр!ч Сх!д-3ах!д, П!вн!ч-П!вдень що-до !нженерних метод!в р1чково! г!дрологП та ф1лософП проекту-вання" (Санкт-Петербург, 1994), м1жнародн!й науково-практичн!й конференцИ нЕроз1я грунт!в 1 иетоди боротьби з нею" (Кишин1в, 1995). Результата робота обговорювалися на ковференц!ях науко-во-викладацького складу Одеського держун!верситету (1986-1994).

Публ!кац!1. На тему дисертац!! оггубл!ковано 52 робота, в тому числ1 монограф!я 1 авторське св!доцтво на винах1д.

Особистий внесок автора в роботу. Теоретичн! досл!дження просторових змЗл схилового ероз1йного процесу, обгрунтування удосконалення ешйричних моделей змиву грунту, обгрунтування та практична реал!зац!я детально! теоретично! модел! схилового ероз!йно-акумулятивного процесу, розробка методик просторово-часово! оц1нки ерозгйно! небезпеки богарних та зрошуваних земель, в тому числ1, з використанням технолог!! Географ!чних 1н-формац!Яних систем виконан! автором самост!йно. Польов! обсте-ження насл!дк1в ероз!йно! д!яльност1 в 0деськ1й облает! та дос-л!дження зм!ни водопроникнення та протиероз!йно! ст!йкост! гру-нт!в за методом штучного дощування на зрошувальних системах п!вдня Укра!ни 1 Ростовсько! облает! Рос!йсько! Федерац!! проведен! п!д кер!вництвом 1 за участи автора. Методика оптим!за-ц!! ероззЯно! системи агроландшафту розроблена сп!льно з 1нпшми авторами комп'ютерно! системи агроландшафтного проектування. Обгрунтування алгоритма розрахунку г!дрометеоролог!чного фактора зливового змиву виконаносум!сно з С.Г.Чорним.

Автор висловлюв глибоку вдячшеть доктору географ!чних наук, професору, академ!ку Академ!! !нженерних наук Укра!ни ГЛ. Швебсу, багатор!чна епЛльна робота з яким вплинула на формуван-ня наукових погляд1в автора, за критичн! заувахення ! поради, як! сприяли усп1шному завершению роботи, а також ст.вроб!тникам кафедри 4>!зично! географ!! ! природокористування Одеського державного уш.верситету !м. IЛ.Мечникова, як! брали участь в проведена! польових досл!даень ! обробц! матер!ал!в, насамдаред, МЛЛсакову, В.Д.Ковтуну, А.Т.Урусову ! програм1стам В.С.Ю-рто-ку та М.БЛванько, як1 виконали п!д кер!вництвом автора роботу по програмн1й реал!зац1! моделей схилового ероз!йного процесу.

Структура та об'еы диевртац!!. Дисертац!я складавться з вступу, п'яти розд!л!в, заключения, списку лмератури 1 додат-

ку, викладена на 281 стор1пц1 друкованого тексту, м!стить 27 малинк1в 1 28 таблиць. В додатку представлено 10 таблиць (28 стор!нок). Список л1тер8тури нараховуе 352 найменування, з них 81-латиницею.

У першему розд1лу дисертацИ представлен! класиф!кац!я, анал!з та од1нка еучасних п1дход!в до розрахунку характеристик змиву грунту. Другий роздйл прксвячений обгрунтуванню принципе розробки моделей схилового ероз1йно-акумулятивного процесу, враховуючих законом!рност1 зыЛнення його характеру ! 1нтенсив-ност! вдов* схилу в умовах нестац!онарного режиму зливового на-мулоутворения, на баз! емп!ричного п!дходу. У третьему розд!л! представлен! обгрунтування, розробка 1 апробад!я детально! теоретично! модел! ерозЗйно-акумулятивного процесу. У четвертому розд!л! розглянут! мегодичн! принципи вир1шення завдань щодо просгорово-часово! оц!нки ! картографування ерозШно! небезпеки богарних та зрошуваних земель, у тому числ1 1 на баз! ИС-тех-нологИ. У п'ятому, заключному, розд!л! розглянут! питания оц1-нки протиероз!йноГ ст!йкост! агролавдагафт!в 1 обгрунтування рационального використання земельних ресурсов ероз!йно-небезпеч-них територ!й з використанняы метода !м!тац!йного моделювання ! гео!яформац1йних технолог1й.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТЫ.

Сучасн! и1деоди до моделювашя поверхнево! схилово! ероз1!.

3 точки зору анал!зу ! оцЛнки сучасних п±дход!в до моделювання схилового ероз1йного процесу як основи р!шення завдань з оптим!зацИ агроландшафт!в представляеться доц!льним розд!лити !снуюч! модел! поверхнево! схилово! ероз!! на дв! велик1 групи-емп!ричн! та теоретичт. Емп1ричн! модел1 цглком безперечно по-д!ляються на два р!вн!. ЕХш1ричн1 модел! першого р1вня назвемо формально-статистичними. Це модел!, як1 одержан! в результат! об робки емп!ричних даних на основ! формально-статистичногопЛд-ходу ! представлять собою р!вняння множинно! регресИ. До фор-мально-статистичних моделей ол!д в!днести одну з перших моделей змиву,яка була запропонована в 1940 р. А.У.Ц!нгом (гЛп^, 1940), прообраз в!домого "Ун!версального р!вняння вграт грунту"-форму-лу Г.У.Масгрейва (Uuagrave, 1947), формули залекност! змиву грунту в!д довжини та уклону схилу В.С.Федотова ! Д.Д.Германюка

(Федотов,Германюк, 1971), формулу "зносу грунту" А.С.Рач1нскаса (Рач1нскас, 1987), "математично-статистичну модель втрат грунту", розроблену в УкраЕнському науково-досл!дному 1нститут1 охорони грунт!в (А.Б.Лавровський та 1н. 1987), формулу В.А.Б1-лолипського (Б1лолшгський та iH., 1986) та деяк! Irani. Емп1рич-н1 модел1 другого р1вня назвемо ф1зико-статисткчними. Вони в1д-р1зняються в!д моделей першого рхвня прагяенням до найб1льш мо-жливо повного обл!ку anpiopmix (теоретичних) знань про продес, що моделюеться. До групи ф1зико-статистичних емп1ричних моделей в1дноситься велика к!льк1сть достатньо р1зних моделей: найб!льш в!дома в св1т1 модель змиву-Ун1версальне р!вняння втрат грунту, або р1вняння У1шмейзра-См1та (fflschmeier. Smith, 1956, 1978) i його модиф1кацН, лог!ко-математична модель змиву ГЛ.Швебса (Швебо, 1974), модель змиву, розроблена 1.К.Ср1бним (Ср1бний, 1977. 1989), формула Г.П.Сурмача (Сурмач, 1979). "модель единого ероз1йно-акумулятивного процесу" е.А.Гаршньова (Гаршиньов, 1990) та деяк1 imi. Незважаючи на достатньо piSHi п!дходи до ïx обгрунтування i р!зний р!вень дегальност1, вс1 вони мають мультипликативну структуру, являючись добутком фактор!в г!дро-метеоролог!чних, грунтових, рельефню га агрогеш1чних умов, саме тих, як1 на думку ГЛ.Швебса (Швебс, 1983) псвинн! входа-ти в розрахункову залехн!сть, необх1дну для проведения земле-впорядкувального проектування, оц1нки ерозШю! небезпеки окре-мих грунтових ареал!в i смугових ландшафтних структур:

w = S «к ^ Ьвл ка (1)

де Я-середн1й модуль змиву грунту, кр-емтричний коеф1ц1внт;

-фактор г!дрометеоролог1чних (юйматичних) умов; К^-фактор грунтових умов; Крел-фактор рельефних умов; К&-фактор агротех-н1чних умов.

Власне емп±ричн1 модел! в нин1шн1й чао рекомендуються до використання в проектуванн! протиерозЗАшх заход1в та при р!шенн1 1нших питань, пов'язаних з використуванням земельних pecypciB ероз1Йнонебезпечних теригор1й на Укра1н1 та в 1нпшх кра!нах. Однак, область застосування формально-статистичних моделей обмежена умовами, для яких вони побудован1. Враховуючи те, що в Укра1н1 та 1нших колишн1х республ!ках Радянського Союзу немае достатньо1 к!лькост1 однор1дних даних стац1онарних спостережень i формально-статистичн! модел! розроблен! тут за

даними штучного дощування малих стокових площадок, 1снують оер-йозн! цроблеми з екстраполяц!ею отриманих залежностей на реаль-Hi умови. Найб1лып слабким м!сцем ф!зико-статистичних моделей водно! ерозП в рельефний фактор, що опиоув зм1ну характера та З-Ктенсиввост! ерозШюго процесу по довжин1 схилу, оск!льки об-грунтування його структури I параметр!в засновуеться на концеп-цд.1 "плотинного змиву грунту", розроблено! за дашла спостере-жень на стокових або отоково-ероз1йних площадках духе обмежено! довжини-як правило 20-40 м.

Загальним виглядом функцП, яка в1дображаз в емп!ричних моделях змиву вплив рельефних умов ероз1йно-акумулятивного процесу являзться вираз:

Крел = 12(W (2)

де: i^IJ-фактор уклону, який являв собою част!ше всього сте-пенну функц1ю середнього уклону схилу (Im); i2(L)-фактор довки-ш схилу, який звичайно являв собою степенну функц1ю в!дстан1 в1д водод1лу (Lp); m, р-показники степеня. Залежност1 1нтенсив-ност! змиву в1д уклону, як! використовуються в найб1льш в1домих емл1ричних моделях, близьк! поы!ж собою. 1накше сто!ть справа з залежн!стю модуля змиву в1д довжини схилу. Показник степеня при довзсин! схилу р в моделях р!зних автор1в зм1нювться в1д (-1.7) до 2.6, що не можна признати допусгишм.

До теоретичних моделей в1днесемо модел!, як! опираються на ту чи 1ншу теоретичну (звичайно г!дравл1чну) модель ст1кання або наносоутворення, яка в явному вигляд! описув процес, що ыо-делюеться. В зв'язку з цим вони значно б!льш гнучк1, н1ж 1нш1 модел1, не мають просторових обмеясень i потенц!йно мають значно Oijibmi можливост! як шструыент оптим1зацИ ероз!йно! системи агроландаафта. Однак, 1снуюч! георегичн! модел! дуже !сготно В1др1зняються за ступеней детальносг!, обгрунтованост1 i повно-ти (Корнев, 1937; Казаков, 1940; Хортон, 1948; Костяков, 1961; Швебс. 1958; Сласт1х1н, 1964; М1рцхулава, 1970, Bennett, 1974; HJelmrelt et al., 1975; Oomura, 1976; Л1дов,1981; Beasley et al., 1982; Park et al., 1982; Бефан1, 1986; Nearing et al., 1989; Кондратьев, 1989; Сухановський, 1990; Schmidt, 1991; Сма-хт1д, 1993; De Roo et al., 1994 та 1нш1). Серед них в одночлен-н! форыули змиву, якими являються перш! теоретичн1 модел! еро-3iflHoro процесу, розроблен! Я.В.Корневим, Р.Е.Хортоном, А.Н.Ко-

стяковим i сучасн1 склада! динам!чн! модел!, так! як, налрик-лад, ероз!йна модель WEPP, яка розроблюаться в США (Nearing et al., 1989). а<5о Л1мбургська ероз!йна модель-LISEM, розроблена в Щдерландах (De Roo at al.,1994).

Що стосуеться одночленних теоретичних моделей (формул зми-ву), то вони вже не мокуть задовольнити суча он! вимоги. Суча-сний р!вень моделювання ерозгйних процес!в характер!зувться прагненням врахувати нестац1онарний характер процес!в схилового стоку i водно! ероз!1 на основ! використання системи р!внянь к1нематично! хвил! для опису схилового ст1кання та балансу (не-розривностд.) для твердо! фази. Математичний базис моделювання звичайно утворюв система трьох р!внянь, як! записан! для схилу одинично! ширини:

а у а ( С(х) у114"1)

- + -= F U.t)

at ах

v = С(х) (3)

Э q . 3 z -р + (1 - у) Ш- - = О

ах Va t.

де: у-глибина р!вном!рно розпод!леного по ширин! схилу потоку; v-середня швидк!сть течИ води в живому розр!з1; С-швидк!сний коеф!ц!ент; Р(х,1)-функц1я, яка в пер!од стокоутворення харак-теризув 1нтвнсивн!сть цього nponecy-h(x,t), а п!сля його зак1н-чення-!нтенсивн1сть 1вф1льтрац!йтах втрат етоку-к(хД); р-сере-дня в живому po3pi3i мутн!сть потоку; Шр-щ1льн!сть частк нано-ciB! ?-пористл.сть верхнього шару грунту; q^-витрати нанос!в; п-г!дравл!чний параметр; г-в1да!тка поверхн! схилу; х-в1дстань в!д водод!лу; t-час в!д початку стокоутворення.

Важливими складовими теоретичних моделей в модул!, що опи-сують механ!зм руйнування грунту крашшнами дощу i потоком та транспорту нанос!в, як1 доповншть «Зазову систему р!внянь (3). Кер!вна роль розробц! цих моделей, зокрема, в!дводиться в межах проекту прогнозу водно! epo3iï (WEPP) Департаменту с!льского господарства США, якай виконузться з 1985 року. В основ! еро-3iiteoï модел1 WEPP знаходяться концепцП про роль промойшого ! MisaipoMOjLHHoro джерел намул!в та 1х окремого обл!ку (Meyer, Wischmeier, 1969; Poster, Meyer, 1972; Meyer et al., 1975).

Приймаеться, що !нтенсивн!сгь м1кпромоЗлшо1 ерозИ пропорц!йна !нтенсишост! дощу, а в основ! моделей в!докремлення ! транспорту нанос!в потоком, no-cyTi , лежать теор!я волоч!ння, яка була запропонована щодо руолових нанос!в ще П.Ф.Дюбуа (Du Boys, 1879)-Teopifl 3lx nponopuLfiHocTi швидкост! штоку. В рамках цього % п1дходу виконана розробка моделей ероз!йного процесу гакож С.А.Кондратьввиы (Кондратьев, 1989) .В.Ю.Смахтшим (Смахт!н, 1993) та рядом 1нт!х автор!в.

Необх!дно, однак, в!дм1тнти, що под!л поверхнвво-схилово! ерозИ на промо!нну 1 м!жпромоХнну, незалекних одна в1д 1ншо1 представляв занадто грубу схематизац!ю процесу, яка перечить емп!ричшад даним. Кр!м того, реал1зац!я даного п!дходу потребув детальних даних про будову струмково! с!тки та про крупн!сть схилових нанос!в, як!, як правило, в1дсугн1.

Мшення сиотеми (3) звичайно вшсонуеться чисельними методами. В нин1шн!й час накоплено значний досв!д реал!зац11 к!не-матично! модел! схилового стоку (WooLhiser, 1976; Кучмент та 1н., 1983; Рум'янцев, Кондратьев, 1979 та 1н.). При цьому выявлено, що при означених умов ах модель дав р!шення у вигляд! ро-зривних хвиль, що отворяв значн! труднощ! в практичн!й реал!за-цИ цього п!дходу. Для одержання узагальнених р1шень Л.С.Кучмент (Кучмент та 1н., 1983) пропонуе штучне введения в диферен-ц!альне або р!зностне р!вняння таких член1в, при яких ц! р!вня-ння мають гладке р!шення, або представляти р!вняння нерозривно-ст! в 1нтегральн!й форм!. Однак, i в тему, ! в !ншому вшадках р!шення не являвться трив1альним. Чисельна реал1зац!я системи (3 ) потребуе такок великих витрат машинного часу, що робить неможливим практичне використання модел! для р!шення широкого кола задач. Взв'язку з цим, вельми перспективними являються досл1дкення по наближеному анайтичному р!шенню сиотеми piB-нянь к!немагично1 хвил! (Бефан1, 1949, 1956, 1986; Св1тличний, 1977; Кондратьев, 1989; Miohand, Sorooshian, 1994 та iH.).

Принцип» роэробки модел! схилового ерозШю-акумулятив-ного процесу на ochobI еип!ритаого п!дходу.

Водаоерозхйний процес - це д!алектична едн!сть npoueciB руйнування, перем!щення та акумуляцИ, як! зм!юоють один одного в 4aci та простор!. бдн!еть розмиву, переносу та акумуляцИ в npoueci схилово! ерозИ п!дкресливали, зокрема, Г.В.Лопат!н, М.

I.Маккавеев, Г.1.Швебо»та 1н.. ПЦльний зв'язок ерозИ 1 акуму-ляц!£ визначаз на думку АЛ.Скоморохова "зворогньо-ггоступаль-ний" розвиток флюв1ального рельефу (Скоморохов, 1990). Одним з прояв!в такого розвитку, на наш погляд, в чергування зон ерозИ 1 акумуляцИ на схил! та 1х зм!на в час!. Результатом цього являеться, насамперед, преривн1сть процесу змиву, в тому числ1 в!дсутн1сть безперервного в!д водод1лу до п!дн1юкя схилу потоку нанос1в п!д час зливи. Ероз1йний процес-це процес багаторазово-го перев!дкладення нанос1в при якому за ме*1 схилу в конкретн1й реал!зац13С виноситься лише деяка чаотина матер1алу, що перев!д-кладузться.

Чергування зон ерозИ 1 акумуляцИ на схилах неыинуче приводить до формування хвильового проф!лю с хила, тобто чергуванню д1лянок б1лыпо£ 1 меншо! крутизна, яке, в свою чергу, впливав на характер 1 1нтенсивн1сть ерозЛЯного процесу в р!зних части-яах схилу-на випуклих д1лянках 1нтенсиф1куеться змив, на ув!г-нутих-в1дбувавться часткова акумуляц1я нанос!в. Так реал1зуеть-ся властивЛсть, яка називаеться авторегуляц1зю (або саморегуля-ц1ею) флювсального рельефу (Поздняков, Черваньов, 1990) 1 яка е проявом в межах схилово! ланки глобального ерозЛйно- акумуля-тивного процесу принципу взаемодИ потока 1 русла, вперше ефор-мульованого М.А.Великановим (Великанов, 1958).

Анал1з будови схшив територП Украшського Причорномор'я 1 пЛвденних район1в Республ1ки Молдова, виконаний за великомас-штабними топографЛчними картами, показав, що макроформа схил1в добре апроксимуеться степенною функцЛвю вЛдстан! в!д водод!лу з показником степеня, який в переважной С1льиост1 в и падк!в пе-ревшцуе одиницю (становить в середньому 1.3-1.8), що свЛдчить про випуклу форму повздовжнього проф!лю. Однак, сдномая1тно ви-пуклим в б1льшост! випадк1в в лише сама верхня частина схилу. Ншкче мае м1сце лише чергування дЛлянок рЛзжа крутизни.

Анал1з схилово! мезохвиляотостЛ за матер1алами детального (з шагом 10-30 м) н!велювання повздовжнЛх проф1лей схилЛв з за-стосуванням кореляЩйного анал!зу показав, що характерная роз-м!р хвилястостЛ зм1нюеться в1д дек!лькох метр!в до 100-150 м (в 51льшост1 випадкЛв). Очевидно, характер повздовжнього проф!лю в кожному конкретному випадку в функц!я сумгсного впливу мно-кини факторЛв, серед яких довхина, середнЛй уклон схилу, його {юрма, грунтов!, ф1тоценотичн! та юймагичн! умови, а також

характер використавня ехиду. Результат сум1сного виливу досить великого числа р!зних фактор!в повинен бути р!зним. При зм!н! одного або дек!лькох з щи фактор!в в1дпов1дно принципу Лв Ша-тельв повинна в!дбуватися зм1на характера хвилястост!, мабуть, саме через цей механ!зм 1 забезпечуеться ст±йк1сть схил!в як системи. 3 цього виходать однозначний висновок про принципову неможлив!еть розповсюдаення просторових законом!рностей ероз!й-ного процесу установлених на д!лянках схилу довхиною 20-40 м на увесь схил.

Ций теоретичний висновок повн!стю п!дтвердкено анал!зом фактору рельвфних умов (2) з використанням даних детально! з'йомки зм1н 1лтенсивност! ероз!йного процесу на схилах довхиною в!д 175 м до майже 2000 м. При цьону були залучен! дан! л!тературних даерел (Соболев, 1948, 1956; Заславський, 1966; Константинов, 1987; Д'яконов, 1975, 1977; Полуектов, 1989), а такое магер!али польових обстежень ! детально! 1нструментально1 з'йомки струменистих розмив!в в Ш.лгород-Дн!стровському ! OBi-д!опольскому районах Одесько! облает!, проведених автором, як! охоплюють yci характера! макроформи ехшйв-випуюй, випукло-увЛгнут! 1 склада!. Розроблено методачн! основи анал!зу так!х даних, як! предбачають використання сполучення метод!в множин-но! л!н1йно! регрес!! та оптиы!зац!1.

Виконавий анал!з дозволив зробити однозначний висновок, що рельафний фактор вигляду (2) не може бути використований на схилах достатньо велико! довиши. Область його застосування-ли-ше приводод!льна вир!ввяна д!лянка схилу довжиною, як правило, до дек!лькох десятк!в метр1в.

Для обгрунтування вигляду рельефного фактора емп1ричних моделей ероз!йного процесу, зд!бного огшеувати зм1ну не т!льки 1нтенсивност1, але й характеру по довжин! схилу, використовано п1дх1д, запропонований ГЛ.Швебсом (Швебс, 1974). В його основ! лежить в!дома формула визначення середньогозначення функцИ:

1 L

W(L) = -1 S W(x) дх , (4)

L О

де: Ш(Ь)-середн!й модуль змиву на схил! до створу, розташовано-му нав!дстан! Ъ в1д водод1лу; W(x)-модуль змиву в дов!льному CTBopi, розм1щеному на в!дстан! х в1д водод!лу.

П!сля диференцювання (4)1 п!дстави в нього W(L) по (1) отримано вираз для модуля змиву на дан1й в1дстан1 в!д водод1лу

(Ь) при дов1льиих форм! повздовкнього проф1ля, характер! грунтового покриву ! викориотанн1 схилу:

*(Ь) = (р+1) *(Ь) + 1у(Ь) ЬР+1Ка-^Ш. +

1Ш(Ь) + у(ь) 1Ш(Ь) . (5)

^ а ¿X 4Ь

1з виразу (5) випливав, що нав!ть для прямого схилу необидно враховувати вплив зм!ни протиероз1йно! ст!йкост1 1 агро-техн1чних умов на схил!, описаних в модел! (5) двома останн!ми додатками право! частики, як1 мокуть бути як позитивними, так 1 негативними. Для схил!в же змхнно! крутизни, якими при уважному розгляданн! являються вс1 схили, б!лыие значения мае знак зм!ни уклону. На випуклих д1лянках в в!дпов1дност1 з (5) змив збдль-шуеться, а на ув1гнутих-зыеншуеться. Модель (5) дозволяв провести оц1нку не т1льки змиву, але 1 акумуляцИ на схил!, що пере-творюе емп1ричну модель зыиву в модель схилового ероз1йно-аку-мулятивного щюцесу.

Функц1я рельефеих умов модел! (5) значно краще н1ж модел! типу (2) описуе зм!ни 1нтенсивност1 ероз!йно-акумулятивного процесу по довжин1 схилу (Мал.1), однак оптимальне значения по-казника р для р1зних схил1в не в постШним 1 також зм!нгеться.

1-к

Мал. 1. Повздовжн1й проф!ль схилу 1 зм!ни по його довжин1 моду-л1в змиву фактичного-1 1 розрахованого за моделли (1) при р=0.5 -2, р=0-3 1 модел! (5)-4.

Як показав авал!з форыування зливового стоку 1 наносоутво-рення на схилах в умовах степу 1 л!состепу Укра1ни, вир1лальне значения на характер зб!льшення по довжин! схилу 1нтенсивност1 змиву грунту иав тривал!сть пер!оду часу всередин! зливи, на протяз! якого в1дбуваеться формування основного об'ему змиву грунту, названого нпер1одом активного наносоутворення" - В тему випадку, коли пер!од активного наносоутворення б!лыпе, н!ж час схилового доб!гання, то модуль змиву повинен монотонно зб1лыпу-ватися вниз по схилу 1 р>0, так як формування стоку на всьому схил1 по типу "повного" стоку (Вефан1,1949). При цьому глибина, а отже 1 швидк1сть потоку монотонно зб!льшуеться з в1дцаленням в1д водод1лу. В 1ншому випадку в нижн1й частин1 схилу сток фор-муеться по типу "неповного" стоку, при якому г!дравл1чн! характеристики потоку не залежать в1д в!дстан1 в!д водод1лу, отже 1лтенсивн1сть змиву не зб!льшувться вниз по схилу (р=0).

0ц1нка внесения р!зних чаотин злив в наносоутворення вико-нана з використанням модиф1кованого вар1анту г1дрометеоролог!ч-ного фактору зливового змиву (К^) ГЛ.Швебса, який е комплекс-ним показником, що характеризуе ероз!Яний вплив крашшн дощу 1 зфорыованого схилового стоку та модел1 розрахункових злив забе-зпеченн!стю 1-1058, як! були побудован! з використанням ординат середньо! криво! редукцИ зливових опад!в (Пос1бник 1984:

РекомевдацП .... 1985). Анал1з результат!в виконаних розрахун-к1в показав, що для злив забезпеченн!стю 10-1)6, як! являються основними змивоформуючими зливами в межах досл1дно! територП, в якост! середньо! розрахунково! тривалост1 пер1оду активного наносоутворення мохе бути прийнятий 10-ти хвилинний 1нтервал.

Таблиця 1

Розрахункова довжина зони активного наносоутворення Ъ .

а

Обробка повергал., культура 1=2.5« 1=5« 1=1056

Пар, оранка упоперек схилу 77 116 183

Пар, культивац!я вздовж схилу 84 123 189

ПросапнЗ., обробка вздовж схилу 102 150 230

Просапн!, обробка упоперек схилу 58 83 128

Зернов! оуц1льно! с!вби 44 65 100

Двор1чна густа трава 52 75 109

В таблиц!. 1 представлен! ор!ентовн! значения довжини зони активного наносоутворення (Ъ„) для розрахунково! зливи Ъ% забе-зпеченност! на р!лл! для п!вдня л!состепу ! степу Укра1ни. Роз-рахунки виконан! по формул!, огриман!й з використанням форыули

швидкост! оптового ст1кання 1.К.Ср!бного (Ср!бний, 1977): *

V °-854 тГ <*».* » ьс1а^1/2'" <6>

де Ьа -довжина зони активного наносоутворення, м; ?10 рх -най-б!лыпа середня за 10 хвилин !нтенсивн!сть дощу розрахунково! забезпеченност! РЯ, мм/хв; т0 -коеф!ц!ант шорсткост! поверхн!; р -кйеф!ц!ент стоку; Ьс -середня ширина водозбор1в тимчасово! руслово! с1тки, м; - середн!й уклон по довжин1 Ь„ , % .

Як видно 1з таблиц! 1, нав!ть при уклонах 10 % (близько 6 ) довжина зони активного наносоутворення складав для орних земель 100-230 м. При найб!льш характерных для ероз!йно-небезпечних земель УкраЗСнського Причорномор'я сшлах порядку 50 %. ця довжина зм!нюеться в межах 65-150 м. Пор!вняння цих цифр 1з серед-ньою довжинов схил!в, яка зм1нюеться в!д 450-600 м на п!вноч! до 1200-1900 м на п!вдн! розглянуто! територИ, показуе що зона активного наносоутворення в б!льшост! випадк!в складав лише де-яку (меншу) частину схилу.

Розрахунок зони активного наносоутворення, таким чином, е обов'язковим елементом к!льк!сно! оц!нки просторових зм!нень штенсивност! зливового змиву грунту в меках досл!дницько! територИ. Яйцо розрахунковий отв!р на схил! Ь знаходиться на в1дстан! в1д водод!лу, менш!й н1ж Ь„, то показник степеня р

а

!стотно бЛльше нуля ! може бути у в!дпов!дност! з !снуючими рекомендац!ями прийнятий р!вним 0,5-0,6, у противному раз! р=0. При цьому середн! значения показника р для схилу зм1нюються в залеяяост! вад його довжшш, уклону ! шорсткост! в!д значень, близьких О до 0,5-0,6. Останн! характерн! для коротких кругах схил!в, або !зольованих в!др!зк!в схил!в (наприклад, стокових площадок), де сток формувться по типу повного по вий довжин!. Але, чим б!льша довжина схилу, там ближче середне значения показника р до нуля.

Вш!ричн! дан! показують такок, що при визначених умовах показник р може !стотно перевищувати 0,5-0,6. Значения р з д1-апозоном 0,5-0,9 отриман!, наприклад, за даними спостережень на

деяких стоково-ероз!йних станц!ях США (Гусри, штат Оклахома, та Бвсан1, штат Монтана) (МоОоо1 et а1., 1989). Г.А.Лар1онов в!дз~ начае, що показник стененя при довжин1 на коротких схилах може перевищувати 1, 1 нав!ть досягати значень 3-4. Однак, виконаний

анализ показав, що отриман! на основ! обробки емп!ричних даних

*

значения показника степеня р, як! перевшцують 0,5-0,6, або в!-дображують локальн! законом!рност1, розповсюдження яких на дос-татньо протяжн! схили недопустиые, або являються насл!дком по-милок методичного характеру, пов'язаних з недост8тн1м врахуван-ням особливостей характеру емп!ричних даних.

На основ1 проведених досл1джень просторових законом!рнос-тей схилового ероз!йно-акумулятншого процесу виконана модиф!-кац!я логЛко-математично! модел1 зливого змиву Г.1.Швебса, модель елементарного наносоутворення якоЕ найб!лып теоретично та 1нформац1йно забезпечена в!дпов1дно умов степово! та л!состепо-во! зон Укра1ни. 0сновн1 розрахунков! вирази модиф!ковано! моде л1 мають вигляд: При Ь > 1и:

о

*<Ь> = ^ *р Га[ 1-5 Х^) Ь?-5 + 3(Ь) Ь^Ш +

3«(ь) ьАШ- + 3(1) ^(Ь) ь ] . (7)

<11 <1Ь 1

При Ь < 10:

а

»(I) = К_, * 1.5 1(1) *"<!) Ь °-5+ 3(1) Ь1'5^) +

ГН Р В(, ££

+ яь) 1«(ь) ь1.5 1 , (8)

(11 с11

де VI (Ь) -модуль зливового змиву грунту (т/га) на в!дстан! Ь (м) в!д водод1лу; Ктм-г1дрометеоролог1чний фактор зливового змиву; 1 - фактор рослинност1; - фактор спец!альних агро-техн1чних протиерозШих заход!в; Т(Ь)-середн1й уклон схилу до даного створу, % ; з-середня в1дносна змивавм1сть грунту до да-ного створу; 1(Ь), 3(1)-в!дпов!дн! значения в даному створ!; Ъ, -робоча довжина зони активного наносоутворення (м), в якост! яко! з метою врахування зм1ни факторов ероз1йного процесу вниз по схилу приймавться д!лянка схилу, яка забезпечуе максимальне значения першого додатку в квадратних дужках виразу (7)-або

приводод!льна, або примикагача до розрахункового створу, довхина яко! визначазться за формулою (б).

Г!дрометеоролог!чний фактор зливового змиву Kj^ для конкретного дощу на основ! виконаяого теоретичного анал1зу i екс-периментально! перев!рки з використанням матер!ал!в спостере-жень Молдавсько! водно-балансово! сганц!! рекомендуеться виз-начати за формулою:

*r»s 2'6 10_б L J/1 + 17'5 А ri)(ri-rCMi)2'7iti +

И+1

+£<1+17.5 A iE) ^•7(i'5_1-fCM5_1)2*7it5] , (9)

де: -!нтенсивн!сть дощу в i-му розрахунковому !нтервал!, для якого г>гсм мм/хв; rCMi -змивоутворююча 1нтенсивн!сть для 1-го розрахункового штервалу, визначена в!днов!дно з рекомендац!ями Г.1. Швебса (Швебс, 1974), мм/хв; г^ - 1нтенсивн!сть дощу для 1нтервалу, для якого г<г*см, мм/хв; it - довхина розрахункового 1нтервалу, хв; X - коеф!ц!ент, який враховуа зменшення транс-портуючо! здЮност! потоку на протяз1 спаду; N-KiJttKiCTb стоко-утворюючих !нтервал!в дощу; М-к!льк!сть такт!в стокоутворення.

Розроблено алгоритм ! виконана програмна реал!зац!я модел! (7)-(9) для IBM сум!свих персональних комп'ютер1в.

Моделввання схилового ероз!йно-акуиулятивного процесу на ochobI теоретичного п1дходу.

Адекватне решения завдань по обгрунтуванню використання ероз!йнонебезпечних земель, пов'язаних з оц!нкою перем1щення нанос!в вниз по схилу ! винесення твердого матер!алу, а з ним-поживних речовин, arpoxiMiKaTiB, ! р1зноман!тних забруднювач!в в г!дрограф!чну с!тку, неможливо в рамках емп!ричного п!дходу. Тут необх!дне використання теорэтичних ероз!йно-г!дролог1чних моделей, як! детально описують форыування як твердого, так ! р!дкого стоку, при чому ступень детальност! визначаз можливост! модел! як !нструменту досл!дасень ! проектування.

Найб!льш перспективним в цьому в!дношенн! являвться використання в якост1 теоретичного базису модел! системи р!внянь (3). Ця система повинна бути доповнена моделлю елементарного наносоутворення. Як показано в розд1л! 1, в основ! моделей елементарного наносоутворення, що використовуються в ероз1йн1й мо-

дел! WEPP та 1нших зах!дних моделях лежать концепцН в!дд1леня i транспорту нанос1в потоком, сформулъован1 У.Х.У1шмейаром, Г.Р.Фостером та Л.Д.Меером. Запропонован1 реал!зац11 цих кон-цепц!й (К1ркб1, 1984; Nearing et al., 1989; Кондратьев, 1989; Schmidt, 1991 та 1н.) мають ряд нерегламентованих параметрíb i вимагають детальних даних про крупн1сть схилових нанос1в, що дуже обмежуе практичн! можливост! даного п!даоду. В зв'язку з цим в якост1 робочо! модел! елементарного наносоутворення об-грунтована модель, яка ошраеться на досл1дження процесу наносоутворення методом штучного дощування (Швебс, 1974) i в зв'язку з цим добре 1нформац1йно забезпечена:

Чр = kp dp (1 + 1.02 106 А г) q2'7, (10)

де Чр-витрати hshocíb через одиницю ширини охилу, кг/с/м; j.-часткова характеристика в!дносно1 змивавмост1 (Швебс, 1974); q-витрати води, м^/с/м; А-коефШент грунтозахисно! ефективнос-т1 рослинност!; х*-1нтенсивн1сть дощу; кр-емп!ричний коеф!ц1ент.

Модель елементарного наносоутворення (10) мае добр1 експе-риментальн1 обгрунтування. Однак, враховуючи tí обставили, що при штучному дощуванн! малих площадок в!дпов1дао теорИ глибина ст!кання обмежена 1нтенсивн1стю дощу, вона не враховуе особли-вост! наносоутворення та транспорту наноо!в при значних глиби-нах, як! в дек!лька paeiB перевищують д!аметр крашшн, тому модель елементарного наносоутворення (10) повинна бути доповнена моделлю транспортуючо! здгбност! штоку. В якост1 такой модел! застосованер1вняння, щогрунтуеться на досл1дженнях Г.Р.Фосте-ра i Л.Д.Мейвра (Poster, Meyer, 1972), Ц.В.Алонсо (Alonso et al., 1981) та С.Ц.Ф1нкнера (Finkner, 1989):

V =kt (й y V* 1 )3/2 ' <11)

де q. -гранспортуюча зд1бн1сть потоку, кг/с/м; к+-транспортний

fim Tip р

(емп1ричний) коеф1ц1ент; а-питома вага води, кг/м /с ; у-гли-бина потоку, и; *3-коеф1ц1ент шорсткост! Даро1-Вейсбаха для ви~ р1внено! позбавлено! рослинност1 поверхн1 грунту; í-загальнйй коеф1ц1ент г1дравл1чних опор!в для даних умов.

Система р!внянь (3), (10), (11), таким чином, складае тео-ретичний базис "профильно!" (або двом1рно!) динам1чно1 модел1 ероз!йно-акумулятивного процеса, яка з одн1е! сторони опираеть-ся на досягнутий р!вень дослгджень схилового стоку 1 наносоут-

ворення, а з друто1-враховуе сучасний стан 1нформац1йного за-безпечення ероз1Яно-г1дролог!чного моделювання. Принцил1альне значения при цьому також мають ви01р модел! стокоутворення, засоба р1шення системи диференц!йних р1внянь 1 метода обл1ку струмкового характеру схилового ст!кання.

В якост1 основи модел! стокоутворення використована точко-ва модель передрахунку притоку зливових вод на малих водозборах л1состепово! та степово! зон Укра1ни 1 Молдови, розроблена в Одеському г!дрометеоролог1чному 1нститут1 з використанням мате-р!ал1в спостерехень стокових 1 воднобалансових станц1й, розта-шованих в иежах дослЛдницько! територП, а також даних польових експериыентальних досл!дк1в вбирания води в грунт за методом штучного дощування (Св1тлична, 1984). В основ1 II лежить р!вня-няя водного балансу схилу в ц!лому за паводок (Бефан!, 1958):

У=8Т-РСП, (12)

де: У - шар стоку за паводок, мм; Б - шар стокоутворення за дощ протягом Г, мм: Рсп -шар втрат на спад!, мм. Стокоутворення тут являз собою р!зниию опад!в та сумарних втрат за пер1од дощу:

X - Ру - Р8 -Рх , (13)

де: X - шар атмосферних опад!в за дощ, мм; Ру - перехват опад!в рослинн1стю, мм; Р_ -затримання в м1кродепрес1ях поверхн1, мм;

о

Р^ - втрати на 1нф1льтрац1ю п!д час дощу.

Дана модель стокоутворення являзться моделлю 1з зосередже-нйми параметрами, призначеною для передрахунку сумарного шару стокоутворення на схилах в ц!лому за дощ, хоча розрахунок основного 1 найб!льш важко визначного компоненту втрат - 1нф1льт-рац1йних - проводиться за 1лтервалами часу, що отворюв переду-мови для розробки на II основЛ динам!чно1 модел!. Трансформац1я в динаы!чну модел! перехвату опад!в рослинн!стю не викликаз труднощ1в, так як остання мЛстить в своей структур! координату чаоу 1 не залежить в!д 1нших складаючих втрат. Для оц!нки втрат дощових вод на затримання в м!сткостях м1крорельефу на протяз! дощу, використовано сл1дуючий алгоритм. На початку розрахову-еться сумарний об'ем затримання за дощ з використанням модел1 експоненц!ального типу (Бефан!, 1983), а пот1м визначаеться об'вмзатримання 1 для кожного розрахункового Лнтервалу часу, починаючи з першого, як надлишок опадгв над сумою втрат на пе-

ре хват рослинн!стю 1 1вф1льграц1ю, поки сума цих надлшпк!в не стане р1вною розрахунковому об'ему утримання за дощ, п!сля чого поверхяеве затримання приймаеться р!вним 0. На протяз! спаду п1сля зак!нчення доту, а також в його перерви рахунку п!дляга-ють т!льки 1нф1льтрац1йн1 вграти. Однак, при цьому повинна вра-ховуватися концентрац1я схилового стоку в повздовжн!х понижениях. 7 в1дпов1дност1 з рекомендац1ями A.M.Бефан! (Бефан!, 1949. 1958) прийнятий л1н1йний закон зменшення коеф!ц!ента поперечно! концентрацИ схилового ст!кання в ход! спаду. В якост! ро-бочо! г!потези в модель стокоутворення введена залежн!сть установлено! 1нтенсивност! iaJiJibTpaui! в!д ступеня еродованост! грунту, сформульована на основ! узагальнення л!тературних даних (Чврем1с1нов, 1968; Швебс, 1974: 1гошш та 1л., 1985), а також матер!ал!в власних польових досл!д!в.

розроблено алгоритм реал!зац!1 модел1 стокоутворення, який забезпечув розрахунок ходу стокоутворення по довжин! схилу, з заданны шагом ib. При цьому для 1нтервал1в доту без стокоутворення, сл1дуючих за тактами стокоутворення, передбачена взаемо-д!я is моделлю ст!кання на основ! т.з. "модел! спаду схилового стоку". В основу моделювання схилового ст!кання покладене ана-л!тичне рвения системи (3). В загальному вигляд! система (3) не мае анал1тичного р!шення. Однак, для ряду окремих випадк!в, достатньо добре апроксимуючих реальн! умови, особливо для фази стокоутворення, р!шення в1дом! (Бефан!, 1949; Sln$i, Woolhisep, 1976. Св!тличний, 1977: Румянцев, Кондратьев, 1988; De Lima et al., 1989 та 1н.).

Для фази стокоутворення формування схилового схилу одинично! ширини в модел! к!нематично! хвил! р!вняннями:

JL5L + а (С(х) у"*1) =h(Xit) at ах

v^Cy"

де: h(x,t) - 1нтенсивн!сть стокоутворення як дов!льна функц!я часу ! в1дстан1 в!д водод!лу.

Система р1внянь кшематично! хвил! (14) мае два р1шення в залежност! в1д сп!вв1дношення м!ж часом доС1гання до розгляну-того розр1зу на схил1 tci часу з в!дпочатку стокоутворення t (Бефан!, 1949: Woolhiser, 1976; Рум'янцев, Кондратьев, 1988).

стоку для ошоувться

(14)

Ямцо t>tc, то в даному розр1з! ст1к форыувться за типом повного стоку i глибина потоку визначаеться виразом:

х 1

у = J n[c.t(5M е] de} n+1 • (15)

Для т1е! к частини cmny, дв формування стоку н1дв по типу неповного стоку (t„<t), глибина потоку чисельно р1вна сумарному

и

на даний момент часу шару стокоутвореяня t

у = J h(x.&) d& = S(x,t) , (16)

О

де S(x,t) - сумарний шар стокоутворення на момент часу t.

Р1вняння нерозривност1 для фази спаду стоку з урахуваняям прийнято! модел! динам!ки коеф1ц1знта поперечно! концентрацИ стоку на протяз! спаду мае вигляд:

АЛ + а (0(х? у1*1) s_l(1 t )k f et эх 1

(17)

де: X - значения коеф1ц1ента концентрацИ ситового ст!кання на початку спаду; к-1нтенсивн1сть 1вф1льтрацИ; г-тривал1сть спаду.

Интегрування р1внянь кЛнематично! хвил! для фази спаду при п=0,5 дало можлив!сть отримати систему вираз!в, як! описують динам!ку сшлового стоку на спад!.

Для врахування струмкового характера схилового ст1кання використована методика, заснована на натурних даних про форму поперечного проф!лю ероз!йних водош!н на схилах. Показано, що перех!д в!д вираз1в, яки описують р!вном!рно розпод!лене по ширин! схилу ст!кання, до вираз!в, що враховують його струмковий характер, може бути виконано шляхом введеня до глибини потоку коеф!ц!ента, який з показником концентрацИ схилового ст!кання.

На основ! проведених теоретичних досл!джень розроблено алгоритм в основу якого покладено представления процесу стокоутвореяня в вигляд! посл!довност1 зм!нних за часом кваз1стац!она-рних становищ ! виконана (з М.Б.Хваньком) комп'ютерна реал!за-ц1я динам!чно! модел! ероз!йно-акумулятивного процесу. Вх1дними даними модел! являються координати розрахункового проф!лю схилу та грунтових ареал1в на проф!л!,шпов!ограми розрахункових злив, вологозапаси верхнього п!вметрового шару грунту, значения мак-

симально! вологоемкост! цього шару, установлено! знтенсивност! вбирания вода в грунт, коеф1ц!внт1в шорсткост! поверхн!, хвиля-ctoctí м!крорусел i поперечно! концентрацП стоку. Кош'ютерна реал1зац1я модел! складаеться s двох модул1в, названих EXCESS 1 ERACC, як! мають однотишшй користувацышй интерфейс. Перший реал!зув алгоритм розрахунку стокоутворення, другий-характерио-тик схилового стоку, змиву i/або акумуляцИ та транспорту нано-с1в. Модуль EXCESS являеться незалежниы 1 може використовувати-ся самостШно для р!шення р!зних задач, пов'язаних з оц!нкою стокоутворення або його фактор1в. Модуль ШАСС кр!м власних вх1дних дашх використовув результата розрахунку шар!в стокоутворення, а також 1нтенсивност1 !нф!льтрац11 i перехвату рослшн!стю за розрахунковими Интервалами часу i простору.

Б1льш1сть параметр!в модел! мае ц!лком означене ф!зичне значения i являеться або безпосередньо вим1рюваншш, або визна-чен! везалежним чином. Значения параметр1в моделей перехвату опад!в рослиннЛстю, поверхневого затримання, вбирания води в грунт, еродувмост! грунт!в одержано на основ! узагальнення да-них досл!джень в!тчизняних i закордонних досл!дник!в (Линслей та 1н., 1962; Черем!с!нов, 1968; Швебс, 1974, 1981; Бефан!, 1975. 1982: Булавко, 1971; Петрова, 1978; Литовченко, 1986; Св!тлична, 1984; 1гошин, 1982; Хгошин та !н., 1985). Для визна-чення транспортного коеф!ц1внта К^використован! дан! про екст-ремальн! значения мутност! на' стокових площадках та схилових водозборах Молдавсько! (МВБС) та Велико-Анадольсько! (ВАВБС) водно-балансових станц!ях i Богуславсько! науково-досл1дно! г!дролог!чно! лаборатор!! (БНДГЛ). 1дентиф1кац!я модел! викона-на з використанням матер1ал1в спостережень на улоговин! Плоск1й за 1970-1981 pp., стоков!й шгощадц! N 15 за 1975-1981 pp. (БНДГЛ) i улоговин! Сух!й (ВАВБС) за 1977 р. Для вериф!кац!1 модел! додагково використован1 матер!али спостерекень на улого-винах Плоск!й за 1983-1987 pp. та Сух!й за 1976-1987 pp.

Вериф!кац!я модел! вироблялася в двох вар!антах, як! в!д-р!зняються один в1д одного способом задания вологост! активного иару грунту. В першоыу випадку вона приймалася пост!йною по довкин! схилу, в другому-змшною. Розрахунок зм!ни грунтово! вологост! проводили за методикою, що грунтуеться на дослхджен-иях е.Н.Романово! (Романова, 1976). Критер!й якост! перевЛроч-них розрахунк!в-в!дношення середньоквадратично! помилки nepeBi-

рочниз розрахунгав до середньоквадратичного в1дхилення розра-хунково! характеристики-шару стоку або об'ему змиву з водозбору для першого вар!анта розрахунк1в, прийнятого за основний, скла-дае 0.28 та 0.31, в1дпов1дно, що характеризуй точн1сть розра-хунк!в як добру.

Випробування модел1 на дек1лькох десятках реал1зац1й про-цесу випадання опад1в з р!зною 1нтвнсивн1стю, тривал1стю, шаром та граф1кои на схилових водозборах 1з середн1м уклоном в1д 1.5% до 15Я5 1 довжиною схилу в!д НО м до 720 м показали над!йн1сть i ст1йк1сть робота модел!-практично у всьому д!апазон1 можливих значень природних фактор1в процесу, що дае можлив!сть використания II для р1шення досл1дницьких та практичних задач, пов'я-заних з науковим обгрунтуванням викориотання ероз1йнонебезпеч-них земель в природао-господарських умов ах досл1д*увано1 тери-торИ.

Методичн1 цриицшш застосування емп1рично! модел1 ероз1й-но-акумулятивного процесу для рЮення задач по просторово-часов1й оц1нц1 ерозШно! нвбезтачност1 територИ.

Розрахунок норми потенц!йного зливового змиву грунту в одним 1з центральних момент1в розрахунку ероз1йно! небезпечност! територИ. Звичайно це робиться с використанняы середньобагато-р±чно1 величини (норми) кл1матичного фактору. В тому випадку, яйцо зв'язок mí* кл1матичним (г1дрометеоролог!чним) фактором та змивоы л1н1йний, як це мае мЛсце в логйко-математичн1й модел1 змиву грунту ГЛ.Швебса, то такий п1дх1д достатньо правом!рний. Однак методика визначення норми кл1матичного фактора зливово! ерозИ i г!дрометеоролог1чного фактора в зв'язку з обмежен1стю необх!дних даних метеоролог1чних спостережень вимагае спец!аль-ного розгляду.

Розрахунок г!дрометеоролог1чного фактора для кошфетного дощу ведеться за формулою (9) з викориотанням плюв!ограми да-ного дощу i добових сум опад!в та середньодобових температур пов1тря за 100 попередн!х д!б. Р1чн1 значения г!дрометеоролог1-чного фактора зливового змиву визначаються як сума значень К^ ycix стокоутворюючих допив, hkí випали на протяз1 в1дпов!дного року. В зв'язку з цим довкина ряд!в р!чних значень Кш для досл1дницько! територИ обмежуеться, головним чином, наявн!стю шпов1ометричних даних. Так, довжина ряд1в р1чних сум К., роз-

рахованих за описаяою методикою, за даними спостережень на 10 метеоотанц!ях теригорП п!вдено-зах!дного Причорномор'я i 7 ме-твостанц1ях, розташованих в прилягаючих районах Республ1ки Молдова, змЛнювться в!д 10 рок1в до 41 року, в середньому складае 26 рок1в. В зв'язку з там, що для г1дромвтеоролог1чного фактора зливового змиву характерна н!двищена вар!абельн1сть (коеф1ц1ент вар!ацИ змЛншться в!д 1.21 до 3.06), помилка визначення сере-дньобагатор!чного за циыи рядами розрахована за в1домою формулою 5cp=Cv/i'S , де: помилка визначення середнього, Су-коеф1ц!ент Bapiaull, п - довжина ряду, складае 30-60 % . Якщо виходити !з точност1 визначення норми К^ 15 %, то необх!дна довжина ряду буде в залежност! в!д величина коеф!д1ента вар!а-цЛ складати 100-400 рок!в. В умовах в1дсутност! таких довгих ряд!в спостережень за потрЮшми для розрахунку метеоролог1ч-ними елементаии р1шення задач! визначення норми К^, а отже 1 змиву грунту ножливе на основ! просторово-часових узагальнень рядав р!чних значень К^.

Якщо розгдядати !снуюч1 ряди р!чних значень г!дрометеороло-г!чного фактора як реал1зац!ю стац1онарного випадкового проце-су, то для однор!дних ф!зико-географ1чних умов на основ! rino-тези ергодичност! можливе об1 вднання ряд!в в один просторово-часовий ряд достатньо! довкини. Отримане з цьогу ряду значения норми К^ буде характеризувати г!дрометеоролог!чн! умови зливо-во! ерозИ в межах дано! однор1дно! територП. Здаеться, цей п!дх1д в едино можливим для отриманнянорми г1дрометеоролог1ч-ного фактору зливового змиву в сучасних умовах.

При районуванн! 1Ивн1чно-Зах1дного Причорномор'я за одно-р!даостю г1дроиетеоролог!чних умов ероз!йно! д1яльност!, обу-мовлено! зливовою д1яльн1стю, застосоване сполучення статис-тичного та ф!зико-географ!чного анал!зу. За основу було взято досл!дження ! районування просторово! однор!дност1 умов форму-вання опад!з в теплу пору року на територП степово! зони Ук-раЗСни, виконан! Л.Ю.Науменко (Науменко, 1988) з використанням параметричного критер!я В!лькоксона. Межа м!ж вид1леними на ц!й основ! областями уточнена з озлхком орограф!х м1сцевост1 i роз-ташування зональних п!дтип!в чорнозем!в . Для кожно! облает! виконане об'еднання рядхв Кш в един! просторово-часов! сукуп-ност! довжиною в!д 93 до 198 член!в, як1 i використован! для розрахунку норми г1дрометеоролог1чного фактору зливового змиву

(табл.2). Представлен! в таблиц! 2 значения норми К^ рекомен-дуються для практичного використання при розрахунках середньо-богатор!чио! норми змивугрунту за допоиогою модиф!кованого ва-р!анту лог!ко-математично! модел! зливового змиву (8)-(9).

Таблиця 2

Значения норми г!дрометворолог!чного фактора зливового змиву для територИ П1вн1чно-зах1даого Причорномор'я.

К1льк!сть Коеф!ц!~ Норма

Область член!в ент ва- Кгм

ряду р!ац!1

Узбережяя Чорного моря 93 2.26 0.0024

! Подунав'в

Центральн1 та п1вн1чн! 198 2.24 О.ООЗЗ

райони Причорноморсь-

ко£ низовини

В!дроги Молдавсько!, 132 3-04 0.0051

Под1льсько! та Придн!-

провсько! височин

Наявн1сть адекватно! математично! модел! схилового ероз!й-ного процесу в принцип! вир!шув задачу оц!ики та картографуван-ня ероз!йно! небезпечност! територ!!, яка до недавнього часу була даскуеШною. I, хоча до нин!шнього часу даш оц1нки ероз!й-но! небезпеки продовжують застосовуватися вар!анти бально! оц!-нки, вони, безумовно, поступаються перед методами оц1нки, як! основан1 на використанн! матемагичних моделей ерозШного процесу, оск!льки саме математична модель становить собою формал!зо-ваний опис взаемод!! основних фактор1в, який опираеться на тео-ретичний анал!з ! пройшов апробац!ю.

Методика великомасштабного картографування ероз!йно! небезпеки земель-територ!! господарства, зрошувально! система або !х частин на основ! математично! модел! ероз!йного процесу в нин!шн!й час добре в!дпрацьована: досл1дницька територ!я по-криваеться о!ткою розрахункових проф!л1в, проведених за л!н!ями струмк1в в!д водод!л1в до найближчих елемент!в г!дрограф!чно! с1тки, по яких з постШним або змзлним шагом проводиться розра-хунок модул!в змиву грунту. За отриманими просторово прив'яза-ними значениями модул!в змиву будуеться карта !зол!н!й змиву, а

поты!, п!сля пор!вняння змиву з модулем, так званого, допустимого змиву,-карта ерозШю! небезпеки територИ, яка дозволяв спланувати заходи щодо запоб!гання реал!зац11 ц!е! небезцеки 1 створення ероз!йност!йкого агроландшафту.

1снуюч1 ж методики середньомасштабно! оц1нки ероз!йно£ небезпеки територ!! викликавть серйозн! заперечення, по перше, в зв'язку з !енуючим пЛдходом до вибору операцШно! територ!аль-но! одиниц1, а по друге-з методикою врахування просторових зм!н фактор!в ероз!йного процесу в мехах вдх одиниць.

Запропоновано методику середньомасштабно! оц!нки та кар-тографування ероз!йно! небезпеки, в як!й в якост! операцЛйно! територ1ально! одинид! передбачаеться ландшафтний район, в межах якого вибираеться репрезентативна д1лянка. Узагальнен! характеристики ероз!йно! небезпеки для кожного ландшафтного району одержуються на основ! отриманих з використанням модиф!кова-но! лог!ко~математичво! модел! ероз!йного процесу для системи проф!л1в, яки будуються в межах репрезентативно! дЬлянки з використанням метода систематично! випадково! виборки, розрахун-кових характеристих змиву 1 акумуляцд.1 грунту при заданих умо-вах використання земель .Для кожного проф1лю розрахунки викону-ються з пост1йним шагом 100 м. Ц1 дан! являються основою для отримання розпод!лення земель за градац!ями 1нтенсивност! змиву та оередньо! 1нтенсивност! втрат грунту для ландшафтного району, а пот!м! 1ашо! крупн!шо! природно! або адм!н!стративно! територ!ально! одинид!.

Дана методика була застосована при оц1нц! потенц1йно! еро-з!йно! небезпеки орних земель по адм!н!стративних районах Одесько! облает! (табл.3). В межах кожного адм!н!стративного району було обрано в залехност! в!д ландшафтно! структури (Пшшпенко, 1993) в!д одно! до трьох репрезентативних д!лянок розм!ром 20 км х 10 км .

Таблиця 3

Розпод!л орних земель Одесько! облает! (в в1дсотках в1д загально! площ! р!лл!) за градац!ями !нтенсивност! змиву.

Градац!! розрахункового змиву, г/га/р1к Середн!й змив, т/гаЛдк

<2 2-5 5-10 10-20 >20

34.5 21.6 16.3 15.1 12.9 8.4

Hkícho новий р1вень оц!нки та картографування ероз!йно! не-безпеки земель, причому як велико-, так 1 середньоыаштабно!, забезпечуе технолог!я Географ!чних !нфорыац!йних систем (Г1С-технолог!я)-коми'ютерна технолог!я вводу, збер1гання, обробки i представления просторово-розпод!лених даних (Burrough,1986; Т1кунов, 1991; Podding et al., 1993; De Roo et al., 1994 та íh. ). Г1С-технолог1я, що даз можливгсть дата детальний опис по-будови поверхн! оц!нювано! територИ, особливостей грунтового покриву i використання земель, створюе реальн! умови для адекватного в!дображення просторово! вар!ац!1 фактор!в ероз!йних та других процес!в, пов 'язаних з роботою води, так як вс! вони мають яскраво виражений просторово розпод1лений характер. Кр1м просторового представления вх!дних даних в виг ляд! електроних растрових карг, яке забезпечуе також р1шення завдання автомати-3auii п!дготовки та вводу вх1дних даних з практично необмежевим ступенем просторового розр!шення, Г1С-технолог1я даз мохлив!сть просторово-розпода.льного виводу результат!в у вигляд1 високоя-kíchhx карт, а також разрахунку просторового розпод1лення задано! або отримано! у вигляд! карги характеристики та II серед-нього значения для любого замкненого контура (меж! землекорис-тування, cíbo3míhhoí д1лянки, окремого поля, тощо) з врахуван-ням Bciel сукупноот1 значень характеристики в межах цього контура. Таким чином, технология Географ1чних !нформац!йних систем являеться в нин1ш1й час найб!лып адекватною технолоПею досл1джень 1 ouíhkh просторових законом!рностей ерозЛйних i других природаих процес1в. Основна проблема заключааться в штеграцИ програмних Г1С-пакет!в та модел! ерозЗйного проиесу або, що найкраще, розробки просторово-розпод1лено! модел! ероздАного процесу з використанням можливостей, предоставлених Г1С-технолог!ею. Для ц!е! мети був використаний Г1С-пакет PC-Raster, розроблений в Ун!верситет! м!ста Утрехта, Н1дерланди (Van Deursen, Wesseling, 1992). Основу просторово! реал1зац!1 складае растрова цифрова модель рельефу, створена засобами Г1С на основ! д!г!тизування горизонталей великомаштабно! топограф!-чно! карги i карт Л1Н1Й струмк!в i "к!лькост! вицележачих еле-мент!в". Остання являв собою карту площ водозбор!в для кожно! чарунки растру. В склад вхщшх даних входять також грунтова карта, карти використання земель та протиероз!йних заход1в единого маштабу. Результатом розрахунку являються карта потен-

Мал. 2. Комп'ютерш карти норми змиву грунту для пол!гожв розмфом 900м х 900м у Болградському район1 (а) I 9.5 км х 9.25 км у Березовському райож (6) ОдеськоУ област1.

ц!ального або розрахункового для даних умов зеилевикористання змиву грунту, табличн! дан!, як1 характеризуют розподДл земель за заданими градац!ями !нтенсивност! змиву i середн! для вс!е! територП або деяко! II частини модул! змиву.

■ Мал. 2 демонтруе результата оц!нки i картографування еро-з1йно! небезпеки для двох пол!гон!в р!зного розм!ру. На мал.2а приставлен! результата розрахунк!в змиву грунту за заданим землевикористанням для пол!гона 900 м х 900 м 61 ля о.Банн!вка Болградського району Одесько! облает! (розм1р растру 180 х 180 елемент!в, рбзм!р елемента-5 м х 5 м). На мал. 26 -потенц!йного змиву грунту для пол!гону розм!ром 9.50 км х 9.25 км в Березов-ському район! Одесько! област1 (розм!р растру 380 х 370 елемен-т!в, розм!р елемента-25 м х 25 и).

0ц!нка ероз1йно1 небезпеки земель 1снуючого та перспективного зрошення. Масовий розвиток зрошеного землеробства в perio-н! ! пов'язаний з цим вих!д зрошених плоц на схили, кеминуче поставило проблему захисту грунт!в зрошених земель в!д ерозИ, при цьому не т!льки в!д ероз11 в процес! зрошення, як це завади розглядаеться (Кузьманенко, 1973; Кузнецов, та 1н. 1990; Гаврилка, 1993 та !я.), а також в результат! випад!ння зливових опад!в. I поливна ! с!ткова р!зновидност! !р!гац!йно1 ерозП пов'язан! або з переполивом, або з штоками та 1з збросами !з п1дв1дно1 зрошувально! с!тки. 1накше кажучи-нерац!анальною гос-подарською д!яльн!стю. Завдання визначення ероз1йнодооустимих зрошувальних норм в залежност! в!д 1нтенсивност1 штучного дощу 1 його енергетичноЕ структура, характеристик грунт1в, рослинно-го покриву i уклону в шш!шн1й чао можна вважати вир1шеним в теоретичному, а для ряду рег1он!в 1 в практичному план! (брхов. Кантор, 1975; брхов, 1981, Абрамов та !н. 1986, 1987; Кузнецов, 1990; Гаврил!ца, 1993 та !н.).

Однак пор1вняння !нтенсивност1 та енергетичних характеристик штучного дощу сучасних дощувальних машин ! природних злив показуе, що система протиероз1йних заход1в на зрошуваних землях, такой як 1 на богар!, повинна бути розрахована перед ус!м на захист грунт1в в1д зливовоЗС ерозИ, як найб!льш небезпечно! складово! ероз!йного процесу на зрошуваних землях. В зв'язку з цим постае питания про методику оцшки ероз!йно1 небезпеки земель !снуючого та перспективного зрошення, обумовлено! зм!нами в факторах оптового ероз!йного процесу п1д вгошвом зрошення.

Серед них очевидн! зм1ш водного режиму грунт!в та пов'язан! з ниш зм!ви вологост! верхнього шару грунту, а гакож не духе очевидн! зм!ни ф1зичних, ф!зико-х!м!чних 1 м1кроб!олог1чних властивостей грунт!в, як1, тии не менш, можуть !стотно вшшвати на длтенсившсть ероз!йних процес1в. 3 основних фактор1в ероз1-йно! небезпеки-рельефяого, грунтового 1 г!дрометеоролог!чного-незм!дним можливо враховувати т1льки рельефний, хоча, строго кажучи, цесправедпиво т1лыси для зрошувальних систем 1з закри-тою зрошувальною та збросовою с1ткою. В1дкрит1 ж канали д!лять схили на частшш,зм!нюоти таким чином умови концентрац!! стоку. Однак, такого роду зм!ни без великих зусиль враховуються шляхом використання при розрахунках в1дпов1дпих значень довжини схилу.

Для оц!нки вшшву р1вня грунтовой вологост! на величину норми змиву грунту використований г!дрометеоролог!чний фактор зливового змиву, в явному вигляд! враховувчий вплив вологостх грунту. В зрошуваному землеробств! волог!сть активного шару грунту повинна п!дтримуватися в достатньо вузькому диапазон! значень-в!д найменшо! вологоемкост! до критично! вологост!, при як!й редукц1я трансн!рацИ супроводжувться понижениям про-дуктивност! рослин. В зв'язку з цим пор!вняння середньобагато-р!чних значень г!дрометеоролог1чного фактора зливового змиву, розрахованих для умов природного зволожування грунт1в ! при грунтов!й вологост!, характерна для умов зрошення, дозволяв одержати к1льк!сну оц1нку вшшву зм!н цього фактора п!д вшивом зрошення.

Такого роду розрахунки виконан! з використанням даних спо-стережень на метеостанцП Болград, яка репрезентуе кл!матичн! умови Центрального степу з йвденними черноземами та ыетеостан-ц!1 Вознесенськ, яка характеризув умови П1вв1чвого степу !з звичайними чорноземами, в яких зосереджен! в нин!шн!й час велик! масиви зрошених земель, а також зеыл! перспективого зрошення. Встановлено, що п!двищений фон вологост! зрошених земель зб!лыпув середньобагатор!чне значения г!дрометеоролог!чного фактора зливового змиву не б!льш н!ж на 10& пор!вняно з незроше-ними умовами.

Важливим фактором наноеоутворення являвться протиероз!йна ст1йк!сть грунтов, яка визначавгься ф!зичними, Х1м!чниш та б!олог!чними властивостями грунту. Тому зм!нення цих властивостей, як! неминуче в!дбуваються в результат! систематичного зро-

шення грунт!в, що сформувалися в умовах недостатнього або не-ст!йкого зволоження, повинно також зм1нити здатн!сть грунг!в зрошених земель протистояти ероз!1.

В якост! показника протиероз1йно1 ст1йкост! грунт!в в робот! використована в!дносна змиваем!сть грунту (J), яка е параметром лог!ко-математично1 модел! зливового змиву грунту ГЛ. Швебса (Швебс, 1974), причому 5=dK Jp. де 4к-часткова характеристика в!дносно! змиваемост!, яка враховуе водопроникн!сть грунту, а jp-часткова характеристика в!дносно! змиваемост!, яка враховуе зд!бн!сть грунту протистояти еродуючому впливу краплин допцг та потоку, який формуеться на поверхн! схилу. НайбЛльш ic-тотне змЛнення водопроникност! грунт!в п!д вшшвом зрошення пов'язано з ущЗльненяям Ix верхнього шару (Позняк, 1985; Баер, 1987; Полупан, 1988; Н1колавва та !н., 1989; Б!ланч1н, Гоголев, 1993 та 1н.). Оц!нка впливу увольнения грунту на часткову характеристику в1дносно1 змиваемост! j„ виконана на основ! уза-гальнення досл!джень водопроникност! грунт!в .Х.П.Богданова, Н.Е.брхова та О.В.Кантора, 1Л.Судн1цина, Г.В.Назарова, Е.В.По-луектова., АЛ.Болокана та К.Ю.Хана. Отримано, що для чорнозем-них та темнокаштанових грунт!в важного гранулометричного складу найб!льш 1мов!рне зб!льшення в!дносно! змиваемост! п1д вшшвом ущ!льнення грунту внасл!док зрошення оц1нюеться величиною 1030%.

0ц!нка зм!нення частково! характеристики в1дносно! змиваемост! Зр виконана за методом штучного дощування на д!ючих зро-шувальних системах Одесько!, Никола1веько1, К1ровоградсько1, Херсонсько!, колишньох Кримсько! областей Укра1ни та Ростовсь-ко1 облает! Рос1йсько1 ФедерацН на протяз! 1982-1987 рр- В межах кожно 1 д!лянки вивчалася протиероз!йна ст!йк1сть зрошених грунт!в та одночасно-Ix незрошених аналог!в (контроль). Площадки в межах зрошувано! та незрошувано! частин д!лянки заклада-лиоя таким чином, щоб Ix грунтов!, геоморфолог!чн! та агротех-н1чн! характеристики були !дентичними, тобто був видержаний принцип един!й в1дм!шост1. Штучне дощування проводилося за до-

помогою струмково-краплинно! дощувально! установки з площею о

зрошення 1 м . Умови проведения досл1джень стандарт!: р1вний прямий схил, уклон Ъ%, площадка скопана, поверхн!сть вир!вняна (Методичн! вказ1вки.1980). В результат! виконаних досл!д-жень встановлено, що часткова характеристика в умовах зро-

шення суттево-в 1.5-5.0 раз!в-менша, Hi* в незрошеник. 1ншими словами, зд!бн!сть грунт1в зрошених земель протиетояти руйну-ючому впливу доту i потоку в 1.5-5.0 развище. His незрошених. Цей висновок також п!дтвердхувться експершентальними даними заруб1жних вчених (Kerapen et, al, 1985; Covers, 1987; Bryan et al., 1988; Кузнецов та 1н. 1990).

Виконат експериментальн1 та теоретична досл!дження дозволили зробити висновок, що при рац!ональноиу зрошенн1 не в!д-буваеться зб1льшення ерозШго! небезпеки земель, а нав!ть нав-паки-вона зменшуеться, дякуючи зб!льшенню протиерозШю! ст!й-кост! грунтiB зрошених земель. При оц!шц ерозШю! небезпеки земель 1свуючого 1 перспективного зрошення рекомендуеться вико-ристовувати слздуюч! ствв1дношення:

f = Ф (к0) 0.45 Зр (18)

2.50-0.5 кл

4 (к„)=

° 2.50-к0

де: к0-встановлена 1нтенсивн1сть вбирания води в грунт. Верхн1м 1ндексом "о" в (18) в1дм!чен1 зм!ян!, що в1дносяться до умов зрошення.

Принципи 1и1тац1Йного моделювання ероз1йно-акуиулятив-ного процесу як методу досл1джашя 1 оптийзацП внко-ристання ероз!Янонебвзпечних земель.

1м1тац1йне моделювання являзться одним 1з найб1льш ефек-тивних метод!в досл!дження 1 оптимизацИ управл!ння складними природними та природно-господарськими системами (Шеннон, 1978; Ворович та 1н. 1988; Горстко та 1н., 1984; Б1свао, 1985; Аасмяе, 1989; Полуектов, 1991 та ал.). За означениям Р.Шеннона 1м1тац1йне моделювання в процес конструювання модел! реально! системи 1 постанови! експеримент!в на ц1й модел! з метою або зрозум!ти повед!нку системи, або оц!нити р1зноман1тн! стратеги, як! забезпечують функц1онування дано! системи. Зм1стом 1м!тац1йного моделювання, як й кожного !ншого виду моделювання, являеться зам!на реально! системи I! моделлю. Однак, принципо-вою в!дм!нн!стю !м!тац!йного моделювання являеться II початкова

ор!ентац1я на використовування можливостей ЕОМ. Сучасним вт!-ленням !де! !м1тац!йного моделювання сл1дуо рахувати !м!тац!йну систему (1м1тац1йну модель)-людино-машинну систему, яка забез-печуе проведения 1м!тац!йних експеримент1в в режим1 д1алога Miss особою, яка проводить експеримент i "машиною", або комплексом програм, як1 включають програмно роал!зовану математичну модель системи-ориг!нала та програми управл1ння.

1м!тац!йн! модел1 можуть бути використован! як в !м!тац1й-ному, так i в оптим1защ.йному режимах. В останньому випадку повинна бути ч!тко сформульована ц1льова функц1я. Однак стосовно до задач використання природн!г pecypciB в бйшшост! випадк1в дуже складно сформулювати ц!льову функц!ю, що однозначно визна-чае виб!р значень ендогенних зм!ншх, по-перше, в зв'язку з не-достатньою формал!зац1ею вибору оптимального р!шення та !снува-нням дек!лькох критерИв, як1 конкурують, а, по-друге, складн!-стю математичних моделей 1 наявн!стю велико! к1лькост! управ-ляючих змганих, оптим1зац!я яких форкальними методами неможли-ва. Внасл1док цього практично единим режимом досл!дження та оп-тим1зацИ агроландшафтних систем являеться 1м1тац1йний, при якому дуже важливе значения мають правильно оформульован! сце-Hapi! експеримент1в з моделлю, як1 враховують мету i задач! досл!дження, структуру ! можливост1 !м!тац!йно! системи, в значнзй Mipi визначен1 моделлю системи-ориг!налу, що лежить в основ! !м!тац!йно1 системи.

Мозкливост! метода !м!тац!йного моделювання по анал!зу та к1льк1сно! оц1нки фактор!в ероз1йно! небезпеки агроландшафт!в досупджено з допомогою ком'пютерних реал!зад1й модиф!кованого вар!анту лог1ко-математично! та розроблено! теоретично! моделей ерозШно-акумулятивного процесу, при створенн1 яких були видер-жан! основн! принципа !м!тац!йного моделювання: в основ! Ix лежать верифЛкован! модел1 ероз1йного процесу, результата розра-хунк1в представляються в наглядн!й табличн!й та граф!чн1й фор-Mi, яка дозволяв легко Ix анал1зувати, передбачена можливхсть зм!нення значень внутр!нн1х та зовн1шн!х зм!нних в !нтерактив-ному режим!, а також з використанням 1нформацИ, яка м1ститься в дов1дково-1нформац1йних блоках. В зв'язку з цим можна розмов-ляти про емп1ричну та теоретичну 1м1тац1йн1 модел1 ероз!йно-акумулятивного процасу, створен!-на баз! розроблених емп!рично'1 та теоретично! моделей ероз!йного процесу.

Дякуючи детальност!. теоретична 1м!тац!йна модель ероз!й-ного продесу дав можлив!оть виконувати оц1нку вшшву на характер та 1нтенсивн1сть ероз!йного нроцесу, а отже й на CTifiKiCTb ерозШно! системи агроландшафту, таких фактор!в як шар та Ih17 тенсивн1сть атмосферних опад1в, р!вень попередньо! дощу грун-тово! вологост!, водопроникн!сть грунту та шоротк1оть поверн!, а також нротиероз1йно! ефективност1 агротехначних заход1в, ос-к!льки остання визначазгься змЗленням водопроникност! грунту, raopcTKOcTi поверхн!, захисно! зд!бносг! рослиного покриву та затримуючо! mIctkoctI м!крорельефу поверхн!, як! в явному ви-гляд1 ошсуються моделлю. В якост! об'екту оц1нки застосована улоговина Плоска (БПГЕБ), яка являв собою типовий схиловий во-дозб1р 1з випуклою макроформою повздовжнього проф!лю з середн!м уклоном 0.024 при д1апазон! значень 0.017-0.035. Анал1з результат 1м1тац1йних експеримент!в дозволив одержати к!льк!сн1 за-лежност! !нтенсивност! стоку води i змиву грунту-основних пока-зник!в crlflKocTi ерозШю! системи агроландшафту-в!д показник!в !х юйматичних, грунтових i агротехн!чних умов. На основ! цих залежностей зроблено висновки щодо якост! теоретично! !м!тац1й-но! системи як 1нструмевту досл!даень i лроектування, ст!йкост! ероз!йно! системи агроландшафту, лротиерозШю! • ефективяост! основних агрофон!в i особливостей застосування деяких агротех-н1чних грунтозах!сних заход!в. Зокрема, встановлено, що най-б!льш ефективними в досл!джуваному рег!он! в прогиероз1йн! захода, спрямован! на зб!льшення шорсткост! поверхн! та !! захис-ту в!д руйнувчого вшшву крашшн дощу, а чергування смут пару або просапних культур i богатор1чних трав е !нструментом управ-л!ння схиловим ероз1йно-акумулятивним процесом ! створення еро-з!йно cTiftcifi поверхн! схилу.

Емп1рична 1м!тац!йна модель дала моялив!сть виконати оц!н-ку вшпшу на характер та Зятенсивнасть ероз!йного процесу хви-лястост! повздовжнього проф1лю схилу. При цьому використан! ма-тер1али детального н!велювання повздовжн!х проф!лей cxmiiB в 1ван1вському, 0в1д1опольскому та Болградському районах Одесько! облает!. Для кожного схилу виконан! розрахунки при значениях розрахункового шагу, який зм!нюеться в!д пояовини середнього шагу н!велювання на даному схил!-10-15 м до 150- 200 м. В результат! встановлено, що розрахунок як середньо! !нтенсивност! змиву грунту на схил!, так i змдли !нтенсивност! по його довжи-

hí !стотнозалежать в1д вибору шагу розрахунку (aL). При цьому середа!® розрахунковий модуль змиву 1з зб1лыпенням aL мае скла-дну динам!ку. При зС!льшенн! шагу розрахунку в!д р!вного шагу зйомки до його 2Х-3Х кратного значения завжди в!дм!чаеться зменшення середнього модуля змиву, часто в 1.5-2 рази. При по-дальшому зб!льшенн1 aL сервдн!й модуль змиву мае тендешйю до зб!лыпення. Середньоквадратичне в!дхилення розрахункових зна-чень змиву в!д середнього, як правило, зменшувться з ростом ib.

Метод 1м!тац!йного моделювання в1дкривае широк! можливост! в pimeHHi задачи оптимЛзацИ використання ероз!йноне(5езпечних земель. Основу оптим!зац!Е використання 9роз!йнонебезпечних земель, як в1домо, складае оптим1зац1я грунтово! системи arpo-ландшафту, яка може бути виконана на основ! модел! рац!онально-го використання грунтових pecypcie ероз!йнонебезпечних терито-р!й, яка розроблена Г.Т.Швебсом (1974, 1981). В якост! критер!я оптимЛзац!! в н!й прийнят! доц!льно допустим! зм!ни показника грунтових ресурс!в-добутку потужност! родачого шару грунту (Н^) i середнього вм!сту гумусу (Г). В залежност! в!д сп1вв!дношення початкових pecypciB в задан!й точц! схилу необх!дне виконання р!зних сценарИв застосування грунтових ресурс!в: регульован! витрати (1), просте (2) i розширене (3) !х в!дтворення (Швебс, 1981; Каштанов та !н., 1994). 0птим!зац1я використання грунтових pecypciB схилових земель полягав в вибор! вар!анту використання земель, який забезпечуэ виконання в кожн!й точц! терито-р!1 умови:

W 5 4Нг(доп) •

де: W -модуль ероз!йних втрат грунту, т/га; D - модуль дефяя-цгйних врат грунту, т/га. аН^ j - модуль допустимих втрат грунту, т/га.

I л!ва i права частини ц1е! нер1вност! являються !стотньо нел!н!йними функц!ями сво!х агрумент!в, як! характеризуются ще й наявн1стю прямих i зворотн!х зв'язк!в м!ж ними. В зв'язку з цим застосування тут метод1в математичного програмування або формальних процедур оптим1зац1! надто важке (Горстко та 1н., 1984; Мишис, 1994). Р!шення задач! можливе методом 1м1тац1Яно-го моделввання з застосуванням алгоритм!в оц1нки допустимих втрат грунту та адекватних моделей ероз!йного i дефляцййюго процес1в, як! дозволяють виконати оц!нку змиву грунту та дефля-Ui'i для задано! точки досл1джувано! територИ при р!зних сцена-

р!ях використання земельних ресурс!в. Ций п1дх!д реал!зован в коми' ютернЛй систем! агроландшафтного проектування (Буе1;1!1;о11--п1у-е,Ь-а1^-.^1992:_Швебе_та__1н., 1993). в як1й в якост! модел1 ерозЛйного процесу застосовуеться модиф!кований вар!ант лог!ко-математ1чно! модел! змиву грунту. Методика оптим!зацИ полягае в багатовар!антних !м!тац!йних експеримеятах з викориотанням моделей ероз!йного процесу, дефляцИ, допустимих втрат грунту, методик розрахунку г1дротехн1чних протиерозШшх споруд та л±-сосмуг, а такох доз м!неральних добр1в, як! проводяться для ок-ремих повздовжйх проф!л1в, побудованих в мехах досл!дницько1 територП. Шсля кожного циклу експеримент!в виконуеться анал!з результаг!в та коректування сценарПв землекористування на основ! нер1вност1 (19) та сисгеми технолог!чних 1 економхчник по-казник!в.

Однак, технолог!я п!дготовки та вводу даних, а також представления результаг!в розрахунк1в обмежують застосування дано! методики на в!дносно велик!й територП, так як 1з зб1льшенням числа. розрахункових проф1л1в обсяг вх1дао! та вих1дно! !вфор-мац1! дуже швидко зб!лыпуеться до практично нереальних розм!-р!в. Кр1м цього, застосування профильного п!дходу не дозволяв враховувати поперечну концентрац1л схилового ст!кання. Переборота в!дм!чен! обмекення та недол!ки традицМного п1дходу дае можлив!сть технолог!я Географ!чних !нфэрмац!йних систем, яка дозволяв перейти в1д системи розрахункових проф1л1в до просто-рового моделювання та оптим1зац1! з врахуванням ун1кальних властивостей побудови поверхн! досл1дницько! територП та црос-торового розпод!лення вс1х природних та господарських фактор1в.

Проведен1 досл!дхеня показали момив!сть практично! реал!-зацИ просторово розпод1лено! системи оптим1зацИ використання ероз1йнонебезпечних земель на основ! критер!я (19) засобами Г1С технолог!!. Схема функщонування тако! системи представлена на Мал. 3-

4-1

Мал.З. Схема функц!онування просторово розпод!лено! система оп-тим!зац!1 агролавдшафта, реал!зованой засобами Г1С технолог!!.

ГОЛОВН1 висновки

1. 3 точки зору р!шення завдань щодо оптим1зацИ викорис-тання ероз1йнонебезпечних земель, безумовно найкращими являють-ся детальн! ф!зично об грунтован! теоретичн! модел1 ероз!йно-акумулятивного процесу. Однак, вельми серйозною перешкодою до !х широкого розповсюдження у практиц! являвться п1двшцен! вимо-ги до !нформац!йного забезпечення. Тому емн1ричн! моде л!, особливо. ф!зико-статисгичн!, до яких в!дносяться Ун1версальне р!вняння втрат грунту США, лог!ко-математична модель ГЛ.Швебса, формули Г.П.Сурмача, 1.К.Ср!бного та !нш!, не загубили ! в доступному огляду майбутньому не загублять свого практичного значения. Завдання полягае в подалыюму удосконаленн! як емп1рич-них, так ! теоретичних моделей ероз!йного процесу, оск!льки ! т! 1 !нпа м1стять ряд суттевих недол!к!в.

2. Внасл1док яскраво виражено! нестац1онарност! процесу зливового наносоутворення зб1лыпешя 1нтенсивност1 змиву грунту вниз по схилу пропорц!йно в!дстан1 в1д вододалу мае м!сце т1ль-ки в мехах приводод!льноЕ частини схилу. довжина яко! для arpo-ландшафт!в степу i лЛсостепу УкраЕни становить в середньому 60150 м. Для нижчележачоЕ частини схилу зм1на 1нтенсивност1 i характеру ерозЛйного процесу не заложить вЛд в1дстан1 в1д водо-д!лу, а в1дбуваеться п1д впливом 1нпптт чинник!в ероз1йного процесу, головним чином, уклону i шорсткост! noBepxHi. В зв'яз-ку з цим використання при оц1нц! змиву грунту на реальних схи-лах емп1ричних моделей, фактор рельефних умов яких представлений одночленов степеневою функц1ею уклону I довжини схилу, неп-равомЛрно.

3. Форма повздовжнього проф1лю схил1в УкраЕнського Причор-номор'я добре алроксимуеться степеневою фунгаЦею довжини с по-казвиком степени, який пэревжцуе одивицю.що говорить про його в ц1лому випуклу форму. Однак, монотонно вшуклою в б1лыпост1 ви-падк!в е лише сама верхня частина схилу, никче мае м!сце чергу-вання д!лянок р!зноЕ крутизни. Можна казати про хвилястЛсть по-верхн! схил1в, яка накладаеться на макроформу з характерним ро-зм1ром в!д дек1лькох метр!в до 100-150 м, яка являеться проявлениям в межах схилово! ланки ероз1йно-акумулятивного процесу принципу взаемодИ потоку i русла, сфорыульованого М.А.Велика-новим i яка, в свою чергу, вшшваз на 1нтенсивн1сть i характер оптового ерозШюго процесу. При детальних (великомасштабних) досл1дженнях i прогиероз!йному проектуванн1 розрахунки змиву в зв'язку з цим повинн! виконуватися з кроком не б!льше 20 м.

4. Впровадження поняття "зона активного наносоутворення" як частини схилу, в межах яко! вадбуваеться наростання 1нтен-сибност1 змиву грунту, i обгрунтування багаточленно! залежност! iHTeHCHBHOCTi ерозШного процесу в1д визначаючих факторЛвз пе-рем!нним значениям показника степеня при довжин1 схилу забезпе-чюють в рамках емп!ричного п!дходу можлив!сть урахування основ-них особливостей зм!нення 1нтенсивноот1 ероз1йно-акумулят!вного процесу вздовж схилу дов1льно! форми. МодифЛкований на цих принципах варЛант лог!ко-математичноЕ модел1 зливового змиву доз-воляз виконати ощлку 1нтенсивност1 змиву грунту i/або - акуму-ляцИ наносив в заданЛй точц! схилу дов1льно1 довжини i форми.

5. Ш-д впливом систематичного зрошення в!дбуваеться 3MÍ-

нення практично вс1х чинник1в оптового ероз!йного процеоу. Од-нак, при рац1ональному зрошенн! не т1льки не в1дбувааться зб1-льшення ероз!йно! небезпеки, а навпаки, мае м!сце II зменшення внасл1док п!двищення протиероз1Йно! ст1йкоот! зрошуваних земель. Для оц!нки ероз!йно! небезпеки земель 1.снуючого або перспективного зрошення можна користуватися модиф1кованим вар1ан-тш лог1ко-математично! модел1 ерозШного процесу з урахуванням встановлених поправок до г1дрометеоролог!чного фактору зливово-го змиву 1 показника в1дносно1 змиваемост! грунту. При оптим1-зац11 агролаядпафтних систем зрошуваного землеробства необх1дно обов'язково врахувати зм!ну структури ероззАно! небезпеки-зб1-льшення коеф1ц!ент1в зливового стоку 1 зменшення мутност1 схи-лових поток1в, як! обумовлюють зб!льшення виносу з1 зрошених територ1й забруднввач1в в розчиненому вигляд1, а також посилен-ня ероз!йно! д1яльност1 вод. як! скидаються з! зрошених терито-р!й, поза межами зрошеного контура.

6. Адекватно р1шення завдаяь, пов'язаних з оц!нкою перем1-щенвя нанос1в вниз по схилу 1 виносом твердого матер!алу, а з ним поживних речовин, агрох!м!кат1в 1 р!зного роду забруднюва-ч!в в г!дрограф!чну с!тку, можливо т!льки з використанвям теоретично! ероз1йао-г1дролог1чно! модел!, яка описуе процес формування твердого стоку. В умовах степу 1 л1состепу Укра!ни для ц1е! мети рекомендувться детальна теоретична модель ероз!й-но-акумулятивного процесу, яка опираеться на досягнутий р1вень досл1джень процеоу 1 сучасний стан 1нформац1йного забезпечен-ня.

7. Основним методом досл!джень 1 оц!нки фактор!в ероз!йно! небезпеки, а також опгим1зац1! використання ерозШюнебезпечних земель з використанням математично! модел! рац1онального використання ресурс1в грунтово! родючост! 1 системи забезпечуючих моделей, як1 являить собою нел1н!йн! функцИ сво!х аргумент!в з наявн!стю прямих 1 зворотних зв'язк!в, е метод 1м1тац1йного мо-делювання, який базувться на застосувашй сучасно! обчислюваль-но! техн!кн. Для оптим1зацИ використання ероз1йно! системи аг-роландшафт1в степу 1 лл.состепу Укра!ни для ц!е! мети можуть бути використован! комп'ютерн1 реал!зац1.1 модиф1кованого вар!анту лог!ко-математично! модел1 змиву грунту 1 розроблено! теоретично! модел1 ероз1йно-акумулятивного процесу.

8. Врахування просторово! структури ерозЗЛно-акумулятивно-

го процесу як при оц!нц1 i картографуванн1 ероз1йно! небезпеки, так i оптиШзацИ використання ероз!йнонебезпечних земель може ~бути~виконано~з~використанням-текнолог11-Гвограф1чнкх—1пфор^з— ц1йних систем (Г1С). В нин1шн1й час засобами Г1С можуть бути реал!зован1 вс! ochobhí етапи агроландшафтного проектувення, в тому числ1 подготовка 1 модиф!кац1я даних, реал1зац!я обчислю-вального алгоритму, створения високоякхсних карт просторового розповоюдження як вх1дних, так i розрахункових характеристик. TexHOJiorifl Географ1чних 1аформац1йних систем, таким чином, е 1нструментом, створюючим реальн! передумови для як1сно нового р1вня моделввання схилового процесу i р!шення на ц!й основ! прикладних задач.

основгп пушкацп по таи дисертацп МонографН

1. Лиманно-устьевые комплексы Причерноморья. Географические основы хозяйственного освоения. Под ред. Г.И.Швебса. Л. : Наука, 1988. 304 с. (сп!вавтори Ю.О.Амброз, С.О.Антонова, Я.М.Б1ланч1н та 1н.)

2. Пространственно-временная оценка ливневой эрозии почв. Деп. ГНТБ Украины, N 1911-Ук95, 1995- 131 с.

Ctsttí , допов1д1

3. Использование модели формирования дождевого стока для оценки его антропогенных изменений/УТеоретические основы проти-воерозионных мероприятий, часть I. Одесса, 1979, с. 100-101 (сп!вавтор I.A.Макеева).

4. Оценка противоэрозионной эффективности почвозащитных мероприятий//Почвоведение , 1984, N 7, с. 114-121 (етйвавтор ГЛ. Швебс).

5. Ирригационная эрозия почв и вопросы проектирования при-родно-хозяйственных оросительных систем//Физическая география и геоморфология, 1987, вып.34, с. 118-123 (сп!вавтор ГЛ.Швебо).

6. Противоэрозионная стойкость почв юга УССР и ее изменение под влиянием орошения//Почвоведение, 1988, N 1, с.94-100 (crriB-автори ГЛ.Швебс, С.Г.Чорний).

7. Расчет склонових н аносов и овражной эрозии для обоснования противоэрозионных мероприятий//Труды V Всесоюзного гидрологического съезда, т. 10, кн.2. Л.: Гидрометеоиздат, 1988, с. 141-148 (сп!вавтори ГЛ.Швебо, МЛЛгошин, В.В.Белов та 1н.).

8. Определение эрозионной опасности орошаемых земель//3ем-леделие, 1989, N 7, с.74-75 (сп!вавтор ГЛ.Швебс).

9. Об использовании индексов предшествующего увлажнения в практике гидрологических расчетов и прогнозов//Метеоролошя, климатологая и гидрология, 1989, вып. 24. с.45-52 (ствавтор I. А.Св1тлична).

10. Вопросы пространственной структуризации при моделировании гидрологического режима орошаемой герритории//Труда ГШ,

1990, вып. 341. с. 11-19 (сп!вавтори ГЛ.Швебс, В.Ф.Тульверт, С.С.Прокопенко, МЛ.Чердинцева).

11. Ирригационная эрозия и вопросы проектирования противо-ерозионных мероприятий в условиях Степи УССР//Почвозащитная технология полива и повышение надежности противопаводковой защиты. Пущино, 1990. с.11-15 (сп!вавтор ГЛ.Швебс).

12. Анализ учета рельефных условий склонового эрозионно-ак-кумулятивного процесса в математических моделях смыва почвы// Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии, том II, Кишинев, 1990, с.65-66.

13. Зрошування та ероз!йн! процеси//Сучасн! географ1чн! проблема Укра1нськоХ РСР. Ки1в, 1990, с. 140-141.

14. Имитационное моделирование рационального использования водных ресурсов мелиорируемых территорий//Труды У Всесоюзного гидрологического съезда, т. 4. Л.:Гидрометеоиздат,1990, с. 519526 (сп1вавтори О.Б.Горстко, МЛ.Чердинцева, ГЛ.Швебс та 1н.).

15. Системно-имитационная методология эрозиоведения//Эрози-оведение: теория, эксперимент, практика. Изд-во Моск. ун-та,

1991, с. 169-170 (сп!вавтори ГЛ.Швебс, МЛЛгошин, Ф.М.Л1сець-кий).

16. Модель перераспределения склоновых наносов по русловой сети речного бассейна//Метеорология, климатология и гидрология, 1991, вып. 26. с. 46-51.

17. Рельефные условия склонового водно-эрозионного процесса и вопросы их моделирования//География и природные ресурсы, 1991, N 4, с. 123-131.

18. Object-oriented approach, in designing optimal agroland-soape based upon GIS // J.J.Harts, H.P.L.Ottens, H.J.Scholten (eds), EGIS'92 Conference Proceedings, vol.1. EGIS Foundation, Utrecht/Amsterdam, The Netherlands, 1992, p.423-430 (сп1вавгори I.A.SropKiH, ГЛ.Швебс, Ф.М.Л1сецький).

19. Компьютерная система оптимизации использования ерозион-но- и дефляционноопасных земель Украинского Причерноморья//Оро-_сителькые_мелиорации-их развитие, еффективность и проблемы. Херсон, 1993. с. 51-52 (сп!вавтори ГЛ.Швебс, С.О.Бршов, B.C.Kip-ток та 1н.).

20. Гидрометеорологические условия формирования ливневой эрозии почв. Деп. ГНТБ Украины, N 261-Ук93, 1993. 11 с. (ciiiB-автори ГЛ.Швебс, С.Г.Чорний)

21. Mathematical modelling of erosion-accumulative process on a slope // V.V.Medvedev (ed), Oolleotion of artioles by Ukrainian members of European Society Рог Soil Conservation, 1993, p.46-52.

22. Spatial process based soil erosion model and CIS //J.J. Harts, H.P.L.Ottens, H.J.Schölten (eds), EGIS/MARI'94 Conference Proceedings, Utrecht-Amsterdam: EGIS Foundation, 1994, p. 1996-1998 (сШвавтори 1.А.Св1тлична, М.Б.1ванько),

23. Elaboration of decision support system for optimization of land resources,using GIS//J.J.Harts, H.P.l.Ottens, H.J.Soho-lten (eds), EGIS//MARI' 94 Conference Proceedings, Utrecht-Ams-terdamsEGIS Foundation,1994, p. 1876-1883 (ыйвавтори ГЛ.Швебс, С.В.Плотницький).

24. System of mathematical models of slope stage of erosion -accumulative process/ZProoeedings of the international symposium "East-West, North-South Enoounter on Stage-of-the Art in River Engineering methods and Design Thilosophies". St. Petersburg, Russia, 1994, p.50-52 (сп±вавтор ГЛ.Швебс).

25- Г1С-технолог1я i г!дроеколог!чне моделювання//У11 зЧзд Укра!нського географ1чного товариства. Тези допов!дей. Ки1в, 1995. с.380-382 (етйвавтор А.П.Дж. Де Роо).

26. Сучасн! проблеми та перспективи математичного моделюва-ння водно! ерозИ грунт1в//У11 зЧзд Укра!нського географ!чного товариства. Тези допов!дей. Ки1в, 1995, с. 388-390.

27. Пространственная структура склонового ерозионного процесса и проблемы ее учета при противоэрозионном проектирова-нии//Эрозия почв и метода борьбы с ней. Кишинев, 1995, с.26-27.

Авторськ1 св1доцтва.

28. Способ возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте на склоне. Авторское свидетельство N 1797761, 1992 (етйвавтори С.Г.Чорний, ГЛ.Швебс).

Светличный А.А. Количественная оценка характеристик склонового эрозионного процесса и вопросы оптимизация использования ерозионноопасных земель.

Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук по специальности 11.00.11-консгрукгивная география и рациональное использование природных ресурсов. Одесский государственный университет им. И.И.Мечникова, Одесса, 1995.

Обоснованы принципы учета пространственных закономерностей склонового эрозионного процесса, опирающиеся на концепцию еро-зионно-аккумулятивного процесса как диалектического единства смыва и аккумуляции на склоне. Рассмотрены методические вопросы пространственно-временной оценки эрозионной опасности при про-тивоерозионном проектировании в условиях степи и лесостепи Украины, в том числе с использованием технологии Географических информационных систем. Обоснована принципы исследований эрозионной системы агроландшафтов, а также оптимизации использования ерозионноопасных земель с применением метода имитационного моделирования.

Svetlitchnyi A.A. Quantitative assessment о1 caracteris-tics of slope erosion process and problems of optimization of soil erosion hazard lands usage.

Dissertation for Doctor of Solenoe degree in Geography, specific field 11.00.11-constructive geography and rational natural resouroes usage, Odessa Ifechnicov ttiiversity,Odessa, 1995.

theoretical principles of accounting of spatial regularities of slope erosion process, based on the conception of erosion-sedimentation process as the unity of wash off and sedimentation on a slope are justified. Systematic questions of spatial-temporal assessment of soil erosion hazard for soil protective designing in conditions of Ukrainian Steppe and Forest-Steppe zones using GIS technology as well are examined. The principles of agrolandscape's erosion system investigation and optimization of soil erosion hazard lands uswage on the base of semulation modelling method are developed.

Клвчов1 слова: ероз!йно-акумулятивний процес, математичне моде-лювання, Г1С технолог1я, обгрунтування рац!онального землекори-стування.