Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Ландшафтно-индикационное прогнозирование изменений природной среды при крупномасштабном гидромелиоративном строительстве

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Попов, Сергей Владимирович, Барнаул

т

/*>; л

./ ,/ .„-/.л

77/

Л"

о

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ВОДНЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

На правах рукописи

Попов Сергей Владимирович

Ландшафтно-индикационное прогнозирование изменений природной среды при крупномасштабном гидромелиоративном

строительстве. (на примере Кулундшюкого канала)

11-00.01 - физическая география., геофизика и геохимия ландшафтов

Диссертация на соискание учёной степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор географических наук профессор Ю,И, Винокуров

Барнаул - 1999

_ о —

Содержание

Введение, ........................л.,...............-.--.-*..- 8

1- Теоретические основы ландшафтно-индикационного прогнозирования ......................................................Ю

1.1, Сущность географического прогнозирования,...............10

1.2. Пространственные и временные рамки географического прогноза,............................................... 14

1.3, Методы географического прогнозирования,.................15

1.4. Ландшафтно-индикационное прогнозирование...............,18

1.4.1, Теоретические основы ландшафтной индикации,,,,,,,,,,18

1.4.2, Понятие ландшафтно-индикационного прогнозирования...20

2, Природные условия территории исследования,........... 39

2.1, Физико-географическое районирование территории исследования, 39

2.2, Литогенная основа ландшафтов,...........................41

2.3, Гидрогеологические условия,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,45

2.4, Климат,.................................................48

2.4.1, Климат степи,.......................................4?

2.4.2, Климат лесостепи,...................................47

2.5, Почвы,..................................................48

2.6, Растительность.......................................... 50

2.7, Ландшафтная структура территории исследования,..........53

3, Экологические проблемы Алтайского края, вызванные гидромелиорацией земель............................................60

3.1, Системы перераспределения водных ресурсов в Алтайском крае....................................................61

3.2,Негативные последствия гидромелиорации в Алтайском крае,,64

4, Методика ландшафтно-индикационного прогнозирования *,,,,,,,6?

4.1. Картографический метод исследования,....................67

4.2, Метод ландшафтно-индикационного профилирования..........70

4/3, Метод моделирования,.................................. ^ .71

4,4, Метод цифровой обработки аэрофотоснимков на основе

текстурного анализа-,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.............. 74

5. Прогнозирование изменения природной среды в зоне действия Кулундинокого канала, .................----................ 88

5.1, Алгоритм ландшафтно-индикационного прогнозирования,..,.,88

5.2, Изменение режима грунтовых вод,....,.,,,.,,,,,,,,.,,.,,,91

5.3, Изменение геосистем в зоне действия Кулундинокого канала за период его функционирования,...................95

5.4, Прогнозирование изменений геосистем в зоне действия Кулундинокого канала...................................116

W С^КЛЮ Ч € ll i'i w ааааааааааалааааааалааааааалааалалааааалалаааааа liu i.

Описок видов растений5 упомянутых в тексте,,,,,,,,,,,,,,,,122

ТТт,? Ф О n Cj ФТ 7 Т) i х' f--.

i'ii'j J. w Qi. г ааааеаааааааааааааааалааааааалаааалааааалаааааа ilw-J

Приложения................................................1Зи

Приложение 1, Перечень природно-территориальных комплексов ключевых участков,............................... 137

Приложение 2, Ландшафтные карты-схемы ключевых учаот-

тв 1 Дй

Рис, ПЛ.2, Ландшафтная .карта-схема Каменского ключевого участка,...........................................148

Рис, П.2,2, Ландшафтная карта-схема Плотниковского

ключевого участка,______________________________________149

Рис, П.З.2. Ландшафтная карта-схема Тюменцевского ключевого участка,...................................... 150

Приложение 3. Прогнозные карты-схемы глубин залегания

уровня грунтовых вод,.............................................................151

Рис, 31.1.3. Прогнозная карта-схема глубин залегания уровня грунтовых вод после 10 лет работы .канала.

Каменский ключевой участок........................................151

Рис. П.S.3. Прогнозная карта-схема глубин залегания уровня грунтовых вод после 25 лет работы канала. Каменский ключевой участок............................. 152

Рис. П.3.3. Прогнозная карта-схема глубин залегания уровня грунтовых вод после 10 лет работы канала. Илотниковокий ключевой участок.........................153

Рис. П.4.3. Прогнозная карта-схема глубин залегания уровня грунтовых вод после 25 лет работы канала.

Плотниковский ключевой участок.............................................154

Приложение 4. Ландшафтно-индикационные профиля____.... 155

Рис. П. 1.4. Ландшафтно-индикационный профиль по тран-секту Камень-на-Оби.................................... 155

Рис. П.2.4. Ландшафтно-индикационный профиль по тран-секту Шеотниково.................................. *....1d6

Рис. П.3.4. Ландшафтно-индикационный профиль по тран-секту Тюменцево........................................ 157

Приложение 5. Ландшафтно-индикационные таблицы разви-

груягт ТГрр КО

Приложение 6. Перечень природно-территориальных комплексов прогнозных ландшафтных карт..................... 181

Приложение 7. Прогнозные ландшафтные карты-схемы....... 189

Рис. П.?Л. Прогнозная ландшафтная карта-схема Каменского ключевого участка. 10 лет работы канала..........190

Рис. П.7.2. Прогнозная ландшафтная карта-схема Каменского ключевого участка. 25 лет работы канала,......... 191

Рис. П.7-3 Прогнозная ландшафтная карта-схема Плот-никовокого ключевого участка. 10 лет работы канала..... 192 Рис. П.7.4 Прогнозная ландшафтная карта-схема Плот-никовокого ключевого участка. 25 лет работы канала..... 193

- ь ~

Введение

Большая часть территории Алтайского края находится б зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения, что затрудняет получение гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур, Названная проблема, уже в настоящее времы решается на основе перераспределения водных ресурсов реки Оби, Начало этому положено строительством Кулундинского канала. Кроме того, запланирована реализация ряда новых проектов подобного уровня.

Строительство и эксплуатация объектов перераспределения водных ресурсов приводит к возникновению многих экологических проблем, которые проявляются на значительной территории,нанося больший вред окружающей среде, Во избежания дальнейшего развития перечисленных негативных процессов, их недопущения при дальнейшем гидромелиоративном освоении засушливых районов Западной Сибири, а также рационального использования земельных и водных ресурсов, весьма актуальным является не только изучение нарушенности сдельных шмпоненнтов ландшафта и геосистем в целом, но и прогнозирование возможных путей их трансформации. Это обуславливает необходимость разработки методов прогноза, которые позволяют получить за относительно короткое время достоверную информацию для решения проблем возникающих при гидромелиоративном освоении земель

Согласно нашему исследованию, это становится возможным при использовании прогнозной ландшафтной индикации, позволяющей оперативно получать необходимые данные о возможных изменениях состояния природно-террнторальных комплексов, определяемых одним из ведущих и наиболее динамичных компонентов ландшафта -

- '? —

грунтовыми водами,

Цель исследования заключается в разработке и апробация методики ландшафтно-индикационного прогнозирования последствий строительства, и функционирования гидромелиоративных объектов на примере Кулундинского канала.

Соответственно поставленной цели решался ряд задач:

- теоретическое обоснование ландшафтно-индикационого прогнозирования ;

- разработка методики ландшафтно-индикационного прогнозирования ;

- изучение последствий функционирования Кулундинского канала на основе выделения и анализа ландшафтно-генетических рядов;

- прогнозирование изменения ландшафтной структуры зоне действия Кулундинского канала.

Объект исследования - геосистемы, находящиеся под воздействием Кулундинского канала, построенного как опытно-производственной системы, позволяющей улучшить качество агропроизводо-твенного цикла. На территорию исследования имеется большое количество первичных материалов научных исследований. Протяженность Кулундинского канала, пересекающего территорию разнообразными физико-географическими условиями, даёт возможность широко применять метод географических аналогий.

В работе использованы данные личных полевых работ, проводившихся на ключевых участках, а также информация полученная в результате исследований Алтайской лабаратории экологии Инотит-тута географии СО АН СССР, Института водных и экологических проблем СО РАН и Института гидродинамики СО РАН.

Теоретической и методолгичеокой основой работы являются представления о ландшафтной индикации изложенные в работах С,В, Викторова, E.h. Воотоковой, Ю.И Винокурова, А,В, Седова, В.Б, Оочавы, Ю.М. Цимбалея и других учёных.

Основные защищаемые положения.

1. В основу ландшафтно-индикационного прогнозирования положена концепция ландшафтно-генетических рядов, применяемых в качестве основного показателя процессов, обусловленных естественными и антропогенными причинами. Ландшафтно-генетические ряды как интегральные индикаторы обеспечивают получение данных о развитии и динамики геосистем в рубежах гидромелиоративных объектов .

2. Автоматизированное дешифрирование аэрофотоснимков обеспечивает углубленный анализ геосистем, а также последствий Функционирования гидромелиоративных объектов в прикладных целях и для организации экологического мониторинга.

3. Ландшафтно-генетичеокие ряды, являются достоверным инструментом произведения индикации процессов, обусловленных -фильтрацией воды из русла канала, перехватом склонового стока и повышением уровня озёр днищ древнего стока, а также нарушением геосистем в результате строительных работ.

4. Прогнозная ландшафтная индикация позволяет оперативно получать территориально-организованную информацию о возможных изменениях геосистем в результате воздействия гидромелиоративных объектов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- с позиций учения о геосистемах рассмотрена концепция ландшафтно-генетических рядов и намечены пути дальнейшего раз-

вития теретической базы ландшафтно-индикационного прогнозирования ;

- разработана методическая основа ландшафтно-индикационно-го прогнозирования, позволившая провести прогнозные работы в районе исследования;

- выделены и изучены ландшафтно-генетические ряды, обусловленные функционированием Кулундинского канала;

- обоснована возможность использования автоматизированного дешифрирования аэрофотоснимков для целей ландшафтно-индикационного прогнозирования;

- дан прогноз изменения естественных геосистем зоны действия Кулундинского канала.

Полученные результаты дают возможнолоть использования методики ландшафтно-индикационного прогнозирования для оценки последствий строительства и функционирования мелиоративных систем в зонах рискованного земледелия юга Западной Сибири, Результаты работы вошли в отчёты научно-исследовательской работы лаборатории проблем водопользования ИВЗП СО РАН, Разработанные методические приёмы используются в курсе "Методы физико-географических исследований" - для студентов географического факультета. АРУ,

По теме исследования опубликовано 9 работ, Отдельные положения диссертации докладывались на международных и региональных

конференциях (Барнаул 199?, 1998, Бийок 1998), семинарах лаборатории проблем водопользования и ИВЗП СО РАН,

Автор выражает глубокю благодарность доктору географических наук, профессору ЮЛ!, Винокурову за научное руководство работой и кандидату географических наук Ю,М, Цимбалею за ценные указания в процессе написания диссертации,

1. Теоретические основы ландшафтно-индикационного

прогнозирования

Ландшафтно-индикационное прогнозирование как один из видов географического прогнозирования, обладает системой понятий и определений, применение которых не всегда корректно, поэтому прежде чем говорить о нем, необходимо иметь четкое определение понятий географического прогноза и географического прогнозирования.

1.1 Сущность географического прогнозирования

В настоящее время существует довольно большое количество определений географического прогнозирования и прогноза, в которых зачастую эти понятия не различаются, что с логической и методологической точек зрения не верно.

Географическое прогнозирование является частью прогностики. Прогностика по Г.М.Доброву (1977) - "это комплекс теорий охватывающий общие логические и методологические принципы прогнозирования, а также обобщенные закономерности прогнозирования". В связи о этим общие положения прогностики будут применимы и к географическому прогнозированию.

Согласно "Рабочей книге по прогнозированию" (1982), под прогнозированием понимается - "процесс разработки прогнозов, специальные научные исследования, направленные на определение перспективного состояния рассматриваемых предметов, явлений, событий и т.д.". Прогноз же, это "научно обоснованное суждение о возможных состояниях прогнозируемого состояния в будущем".

Географическое прогнозирование может быть как, экономико-географическим, так и физико-географическим. Эти виды прогнозирования тесно связаны между собой и зачастую проводятся одновременно, Нас прежде всего интересует физико-географическое прогнозирование, так как ландшафтно-индикационное прогнозирование является его частью, Физико-географическое прогнозирование делится на покомпонентное (отраслевое) и комплексное (интегральное), которые взаимосвязаны друг с другом, По мнению В,Б, Сочавы (1975, о,7)отраслевые (покомпонентные) и интегральный географический прогнозы должны разрабатываться во взаимной связи, причём в большинстве случаев не последователь но один за другим, а параллельно,

A,Г, Емельянов (1982) так определяет физико-географическое прогнозирование; " это система исследований, цель которых - выявление направлений, степени, скорости и масштабов предстоящих изменений геосистем для разработки мероприятий по оптимизации природной среды

B,А, Николаевым (1979) о соавторами даётся следующее определение ландшафтного прогнозирования; " Под ландшафтным прогнозированием нами понимается основанное на системе доказательств, выявление вероятных тенденций и результатов предстоящих в более или менее отдалённом будущем развития природных территориальных комплексов (природных геосистем) под воздействием естественных факторов и хозяйственной деятельности

Согласно В,Б, Сочаве (1974, с.4) под географическим прогнозированием нами понимается - научная разработка представлений о природных географических системах будущего, об их коренных свойствах и разнообразных переменных состояниях в том числе

обусловленных преднамеренными и непредусмотренными результатами деятельности человека.

Также велико число определений географического прогноза. А.Г. Исаченко (1984), различает следующие типы прогнозов:

а) собственно ландшафтно-географичеокие прогнозы, по другой терминологии обще, комплексные (синтетичные), физико-географические прогнозы состояния, изменения, направленности и скорости развития геосистем;

б) функциональные в некотором роде частные и компонентные - прогнозы важнейших функций геосистемы, прежде всего динамических характеристик, например водного баланса, геохимического режима, биопродуктивности, т.е. интегральных физике географических процессов,

Наиболее обобщающее определение географического прогноза даёт Г.П. Опектор (1976). Согласно ему под географическим прогнозом понимается - "...высказывание фиксирующее о априорной оценкой вероятности и заданным временем упреждения социально- экономических и природных систем, формирующихся на земной поверхности в характерных пространственно-временных интервалах".

Ю.Г. Оаушкин (1976, о.379) дает следующее определение географического прогноза: "Географический прогноз как целое ставит своей задачей научно определить, какими должны быть в перспективе интегральные геоиотемы, т.е. как в пространственно-временных системах различных групп стран, конкретных стран, районов, городов, зон, групп ландшафтов, отдельных ландшафтов и т.п. сложится взаимодействие природы (окружающей среды), населения, хозяйства" . Этим определением охватывается " объекты "

природных., экономичеокж; социальных систем, В результате чего, в значительной степени происходит совмещение социально-экономического прогноза с физико-географическим, что по видимому является не совсем правомерным, так как, согласно В.Б. Сочаве

(1978), эти виды прогнозов строятся на разных основаниях, хотя и с учётом друг друга.

Согласно В.А. Николаеву (1979, с.138] под ландшафтным прогнозом в данной работе понимается научное предвидение пространственно-временных структурно-динамических трансформаций геосистем, обусловленных как природными, так и производственными причинами.

Как видно из определений основными объектами ландшафтно- географического прогноза являются ПТК (геосистемы) различного таксономического ранга, изменение которых прогнозируется с учётом их естественной эволюции, динамики и антропогенных преобразований,

А,Г, Исаченко (1991), В,Б, Сочава (1975), В,А, Нико