Оценка эколого-геоморфологического состояния Приобского плато на основе бассейнового анализа

Скрипко, Вадим Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Оценка эколого-геоморфологического состояния Приобского плато на основе бассейнового анализа
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оценка эколого-геоморфологического состояния Приобского плато на основе бассейнового анализа"

На правах рукописи

Скрипко Вадим Валерьевич

ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИОБСКОГО ПЛАТО НА ОСНОВЕ БАССЕЙНОВОГО АНАЛИЗА

25.00.36 - Геоэкология - (науки о Земле)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

5 ДЕК 2013

Барнаул-2013

005543666

Работа выполнена на географическом факультете ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»

Научный руководитель: Барышников Геннадий Яковлевич,

доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет», декан географического факультета

Официальные оппоненты: Ямских Галина Юрьевна,

доктор географических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», заведующая кафедрой географии

Кочеева Нина Алексеевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент,

ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет», доцент кафедры физической географии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный

исследовательский Томский государственный университет» (г. Томск)

Защита состоится 26 декабря 2013 года в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН) по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью) просим

направлять Учёному секретарю диссертационного совета по адресу:

656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1. Факс: (3852) 240396. E-mail: iwep@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институте водных и экологических проблем СО РАН.

Автореферат разослан «_» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.008.01, ^ t

кандидат географических наук, доцент и.Д. Рыбкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Оценка экологического состояния окружающей природной среды в условиях усиления антропогенного воздействия является одной из актуальных проблем геоэкологии, решение которой имеет большое фундаментальное и прикладное значение. К настоящему времени достаточно хорошо разработаны различные подходы и методы оценки экологического состояния территории как на основе отдельных компонентов (атмосфера, вода, почва, биота), так и ландшафта в целом. Однако в них до сих пор не нашел должного отражения рельеф, бассейновая организация которого во многом определяет процессы переноса и накопления вещества, в том числе поступающих в результате хозяйственной деятельности. Решение этой задачи возможно на основе анализа эколого-геоморфологического состояния территории с учётом её бассейновой организации.

Приобское плато является одной из наиболее густонаселенных и освоенных в хозяйственном отношении территорий юга Западной Сибири. Кроме того, плато является крупной морфоструктурой юго-восточной части Западно-Сибирской низменности, поверхность которой прорезана ложбинами древнего стока, унаследованными долинами современных рек Кулунды, Касмалы, Барнаулки и Алея. Интенсивное эрозионное расчленение и высокая динамика рельефообразующих процессов (выноса/накопления вещества) наряду с интенсивной антропогенной нагрузкой определяют формирование его эколого-геоморфологического состояния. Наиболее динамичными элементами рельефа Приобского плато являются бассейны 3-го порядка, расположенные на склонах увалов и ложбин древнего стока, принимающие поток вещества с хозяйственно освоенных водоразделов и верхних частей склонов, а затем перераспределяющие его вдоль русловой сети.

Цель работы: оценить эколого-геоморфологическое состояние территории Приобского плато на основе анализа структуры бассейнов 3-го порядка и интенсивности антропогенной нагрузки.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. изучить теоретические и методические основы оценки эколого-геоморфологического состояния территории с использованием бассейнового анализа;

2. охарактеризовать природные и антропогенные факторы формирования эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато;

3. на основе цифровой модели рельефа (ЦМР), используя геоинформационные технологии, выделить иерархически упорядоченные элементы речных бассейнов, рассчитать структурные индексы (площадей, длин, уклонов, превышений и бифуркации разнопорядковых русел), с помощью которых выполнить анализ структуры речных бассейнов 3-го порядка на Приобском плато;

4. на основе особенностей структуры определить потенциальную способность речных бассейнов 3-го порядка к выносу/накоплению загрязняющих веществ, перемещающихся в составе литопотоков;

5. определить интенсивность антропогенной нагрузки на территорию Приобского плато;

6. оценить степень благополучия эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато по отношению к переносу загрязняющих веществ с литопотоками.

Объект исследования: речные бассейны 3-го порядка, расположенные на склонах увалов и Кулундинской, Касмалинской, Барнаулкинской и Алейской ложбин древнего стока Приобского плато. /Л 1 -л

с ( V

_ V _, »1

Предмет исследования: эколого-геоморфологическое состояние речных бассейнов 3-го порядка Приобского плато.

Фактический материал: в основу работы положены авторские исследования, в том числе полевые наблюдения различных звеньев эрозионной сети Алтайского края с 2000 по 2012 гг., анализ средне- и крупномасштабных топографических карт, тематических карт и атласов, цифровых моделей рельефа (ЦМР) различного пространственного разрешения. На основе ЦМР рассчитаны характеристики, описывающие структуру речных бассейнов, построены необходимые для анализа гипсометрические профили. При оценке антропогенной нагрузки на территорию использованы данные Федеральной службы государственной статистики в разрезе муниципальных образований, а также данные литературных источников.

Теоретическую основу исследования составляют научно-методические принципы и идеи: 1) выделения эколого-геоморфологического состояния территории (Кружалин, 2001; Кружалин и др., 2004; Новаковский и др., 2005); 2) бассейнового анализа (Симонов, 1972; Симонов, Симонова, 2003; Кичигин, 1975 и др.); 3) анализа ЦМР в гидрологических и геоморфологических исследованиях (Яковченко и др. 2004; Tarboton, Baker, 2008; Tarboton et. all, 2009; Гарцман и др., 2008; Прасолов, 2001); 4) оценки потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества на основе их структуры (Кружалин, 2001; Кружалин и др. 2004; Новаковский и др., 2005); 5) оценки антропогенной нагрузки на региональном и субрегиональном уровне (Исаченко, 2001).

В работе применены 1радиционные и современные методы исследования: сравнительно-географический, картографический, полевых наблюдений, аналогии, математической статистики, морфометрического анализа рельефа, а также графоаналитический и геоинформационный.

Научная новизна.

1. Впервые для юга Западной Сибири на основе цифровой модели рельефа с помощью геоинформационных технологий пространственного моделирования русловой сети проведено выделение иерархически упорядоченных элементов структуры речных бассейнов, рассчитаны их количественные характеристики.

2. На основе анализа структурных индексов площадей, длин, уклонов, превышений и бифуркации установлены закономерности бассейновой организации территории Приобского плато.

3. Предложен метод оценки эколого-геоморфологического состояния территории, основанный на комплексном анализе двух критериев: 1) потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению загрязнений и 2) интенсивности антропогенной нагрузки.

Основные защищаемые положения:

1. Структура речных бассейнов 3-го порядка определяется их приуроченностью к склонам увалов и ложбин древнего стока Приобского плато, особенности которых обусловлены природными условиями и историей развития территории.

2. Анализ структуры речных бассейнов 3-го порядка через структурные индексы водосборных площадей, длин, уклонов и бифуркации, рассчитанные на основе цифровой модели рельефа с использованием геоинформационных технологий, позволяет выявить особенности пространственного распределения литопотоков и создает основу для оценки потенциальной способности территории к самоочищению.

3. Оценка эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато основывается на сопоставлении интенсивности антропогенной нагрузки и

потенциальной способности речных бассейнов 3-го порядка к выносу / накоплению загрязняющих веществ.

Теоретическая и практическая зпачимость работы. Сопоставление особенностей структуры речных бассейнов с антропогенной нагрузкой позволяет проводить экспресс-анализ геоэкологического состояния территории. Результаты анализа могут быть востребованы при планировании размещения хозяйственных объектов, обосновании размещения пунктов сети геоэкологического мониторинга, а также при оценке земельных ресурсов. Выявление особенностей структуры речных бассейнов необходимо при проведении экстраполяции измеренных показателей на соседние бассейны-аналоги, а также для прогнозирования последствий природопользования.

Публикации и апробация работы.

Основные положения диссертации отражены в 21 публикации, в том числе 3 из них - в изданиях, включённых в перечень ВАК. Результаты исследований докладывались на конференциях разного уровня: «Проблемы региональной экологии» (Новосибирск, 2000), «Горы и человек: антропогенная трансформация горных геосистем» (Новосибирск, 2000), «Сергеевские чтения» (Москва, 2000), «Антропогенная трансформация горных геосистем (Алтай и Саяны): история, состояние и проблемы» (Барнаул, 2001), «Горы и человек: От стратегии природы к стратегии Разума» (Барнаул, 2002), «Рельеф и человек» (Иркутск, 2004), «Агарная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2006), «Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы развития природы и общества» (Смоленск, 2006), «Земная поверхность, ярусный рельеф и скорость рельефообразования» (Иркутск, 2007), «Двадцать четвертое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Барнаул, 2009), «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж, 2009), «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (Томск, 2009), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011), «ИнтерКарто-ИнтерГИС 17: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Белокуриха, Денпасар, 2011), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 53 рисунка и состоит из введения, 4 глав и заключения. Список литературы содержит 164 наименования.

Благодарности. Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю д.г.н., проф. Геннадию Яковлевичу Барышникову. Автор глубоко признателен д.г.н., проф. Ю.Г. Симонову и к.г.н., доц. Т.Ю. Симоновой, которые ввели его в теорию и практику бассейнового анализа, а также оказали большую помощь и внимание. За многолетнее конструктивное сотрудничество автор выражает признательность к.г.-м.н., доц. С.Г. Платоновой. В работе над диссертацией помогли ценные советы и консультации д.г.н., проф. Ю.И. Винокурова, д.г.н., проф. Б.А. Краснояровой, д.г.н., проф. Б.Н. Лузгина, д.г.н., проф. A.M. Малолетко, к.г.н., доц. О.Н. Барышниковой. Автор выражает им свою искреннюю благодарность. За поддержку и внимание к работе автор благодарит к.г.н., доц. О.В. Останина, В.Ф.Резникова, к.г.н. Н.В. Стоящеву, к.г.н. доц. И.Д. Рыбкину. Огромное спасибо коллективу географического факультета АлтГУ за благожелательное отношение и поддержку.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основе оценки эколого-геоморфологического состояния лежит подход, разработанный В.И. Кружалиным (2001), Б.А. Новаковским с соавторами (2005). В понимании этих исследователей эколого-геоморфологическое состояние — это свойство территориальной системы, сохраняющей качественное постоянство структуры и функционирования на определённом отрезке времени в результате установившихся (саморегулирующихся) отношений в системе «рельеф — хозяйственная деятельность человека» (Новаковский и др..., 2005).

Для выявления эколого-геоморфологического состояния территории необходима оценка его геоморфологической и экологической составляющих. Геоморфологическая составляющая представляет особенности рельефа, которые создают благоприятные условия или препятствуют распространению загрязнения на смежные территории. Экологическая составляющая определяется интенсивностью хозяйственной деятельности человека, продуцирующей загрязнения.

Методологической базой исследования геоморфологической составляющей стал морфометрический анализ речных бассейнов (Хортон-анализ), реализуемый в системе кодирования водотоков Стралера-Философова, где водоток (или русло временного водотока), не получающий притоков, относится к руслам 1-го порядка. По этому правилу ниже узла слияния любых однопорядковых водотоков начинается русло более высокого порядка (порядок увеличивается на единицу) (Симонов, 1998).

В основе анализа внутренней структуры речного бассейна лежит подход, сформулированный Ю.Г. Симоновым, Т.Ю. Симоновой (2003), согласно которому в пределах бассейнов исследуемых рек определены следующие характеристики: порядки водотоков, их средние длины, уклоны и площади водосборов. В качестве операционной единицы бассейнового анализа выбраны бассейны 3-го порядка, для которых рассчитываются структурные индексы, характеризующие строение бассейна: индекс структуры бифуркации (ИСБ), дающий представление о количестве и соотношении русел разного порядка; индекс структуры площадей (ИСП), показывающий соотношение площадей водосборов разных порядков; индекс структуры длин (ИСД), вычисляющийся как соотношение средних длин разнопорядковых русел; индекс структуры уклонов (ИСУ), как соотношение средних уклонов русел разного порядка. А также введенный нами индекс структуры превышений (ИСПр), характеризующий средние превышения истоков над устьями русел разного порядка.

Бассейновый анализ выполнен с использованием геоинформационных технологий. В основе выбора алгоритма работ, инструментария и методики использования ЦМР лежат работы D.G. Tarboton, М.Е. Baker (2008), D.G. Tarboton., К.А.Т. Schreuders, D.W. Watson and М.Е. Baker (2009), Б.И.Гарцмана, A. H. Бугаец, H. Д. Тегай, С. М. Краснопеева (2008); C.B. Прасолова (2001), Н.И. Тульской, 2002, Б.А. Новаковского, Ю.Г. Симонова, Н.И. Тульской (2005). Построение модели русловой сети, определение порядков русел и расчет структурных индексов выполнены в ArcGIS (модули Spatial Analyst Tools, Analysis Tools), на основе цифровой модели рельефа (ЦМР) SRTM-90 с разрешением пикселя на местности 90 х 60 м, что соответствует масштабу 1:230000. Расчет дренажной сети выполнен на основе производного от ЦМР растра аккумуляции стока, где каждая ячейка содержит информацию о количестве вышерасположенных по рельефу ячеек, сток из которых проходит через нее (Яковченко и др., 2004). При расчете было задано определенное

эмпирическим путем пороговое значение количества ячеек растра, дающих сток равное 1000. Алгоритм использования ЦМР для расчета структурных индексов представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема использования ЦМР в исследовании

Экологическая составляющая рассматривается через оценку антропогенной нагрузки, как количественной меры воздействия человека на природные системы в форме изъятия, привнесения или перемещения вещества и энергии (Емельянов, 2004). Исследование антропогенной нагрузки равнинных территорий Алтайского края (на примере Приобского плато) было проведено на основе адаптированной методики А.Г. Исаченко (2001) с использованием дополнительных показателей, предложенных C.B. Одессер (1991), а также И.Д. Рыбкиной и Н.В. Стоящевой (2011).

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ПРИОБСКОГО ПЛАТО

Эколого-геоморфологическое состояние территории Приобского плато определяется природными и антропогенными факторами. К природным факторам относятся особенности геологического строения, рельефа и истории развития, климата, почвенного и растительного покрова; к антропогенным факторам -хозяйственная деятельность.

Геологическое строение. В тектоническом отношении территория Приобского плато расположена в пределах Кулундинской тектонической впадины юго-восточной части Западно-Сибирской плиты. Ориентировка и конфигурация эрозионной сети Приобского плато отражает морфоструктурный план мезо-кайнозойского

платформенного чехла, сформированный под влиянием новейших тектонических движений, на отдельных участках - активизированных в плейстоцене разломов палеозойского фундамента.

Высокая миграционная способность литопотоков определяется тем, что верхняя часть геологического разреза платформенного чехла сложена рыхлыми и слабо литифицированными отложениями неогенового и четвертичного возраста. Площадное развитие на Приобском плато имеют среднечетвертичные лессовидные супеси и суглинки краснодубровской свиты (Qi-пkrd) мощностью до 150 м. Ложбины древнего стока, выработанные в породах краснодубровской свиты, заполнены аллювиальными и озерными отложениями калманской (Qaklm), бобковской (QnЪЪ), касмалинской (Qu-iiiksm) свит, для которых характерен преимущественно песчаный состав. Водораздельные пространства, древние долины перекрыты плащеобразным слоем субаэральных покровных лессовидных пород (saQm-rv), мощностью от 1-2 до 5-10 м. Ограниченное распространение и небольшую мощность имеют делювиальные и аллювиальные отложения древних логов (d+alQm), эоловые (eolQm-rv), озерные и озерно-аллювиальные (lalQni-rv), озерно-болотные отложения (lbQm-rv)-

Рельеф. Приобское плато представляет собой аккумулятивную эолово-аллювиальную равнину на пластовом основании с амплитудами новейших опусканий от 50 до 300 м. Особенностью плато является значительная степень эрозионного расчленения и высокая динамика рельефообразующих процессов, которые активно (через процессы выноса и накопления литогенного материала) формируют геоэкологическую ситуацию. Эта приподнятая часть юга Западной Сибири расчленена сквозными параллельными ложбинами древнего стока шириной 10-20 км и глубиной в 50-100 м. В днища ложбин, в их северо-восточных или юго-западных частях, врезаны русла современных рек - Кулунды, Касмалы, Барнаулки, Алея. Ложбины разделяются широкими (15—35 км) плосковершинными (не более 1,5°) водораздельными увалами, хорошо освоенными в хозяйственном отношении. Большая часть водораздельных пространств имеет абсолютные отметки 250-270 м, достигая в северной части плато 260-280 м, в южной - 280-300 м.

Площадь, форма в плане и структура бассейнов 3-го порядка зависят от морфологии, генезиса и возраста ложбин древнего стока, формирование которых проходило в среднем - позднем плейстоцене под влиянием чередующихся этапов активизации эрозионных и эоловых процессов в различных палеогеографических условиях. Заложение Алейской, Барнаулкинской и Касмалинской ложбин древнего стока, по мнению A.M. Малолетко (1976), произошло в конце среднего плейстоцена, в условиях высокого положения базиса эрозии, когда в предгорьях Алтая возникла система перегруженных наносами водотоков с неустойчивыми распластанными руслами. В позднем плейстоцене значительное понижение базиса эрозии, привело к врезанию русел рек в днища ложбин и образованию комплекса террас. Глубина врезания, эрозионная переработка среднеплейстоценовых долин и количество террас отличается для Алея, Барнаулки и Касмалы в зависимости от конкретных физико-географических условий территории. В это время произошло заложение самой молодой Кулундинской ложбины. Современные природные процессы накладываются на этот фон и корректируют структуру бассейнов 3-го порядка.

Климат. Влияние на особенности формирования эколого-геоморфологического состояния оказывает характер распределения атмосферных осадков, которые распределяются по территории крайне неравномерно. Значения среднегодового количества осадков увеличиваются с запада на восток. Минимум

среднегодового количества осадков для исследуемой территории отмечается в северной и западной части Приобского плато - 270 мм (Славгород), максимум в восточной части - 450 мм (Барнаул) в год и в южной (долина Алея) - до 500 мм в год (Атлас, 1978). Более двух третей годового количества осадков выпадает в теплое время года, причем основная масса жидких осадков приходится на конец весеннего и летний период (май - август). По климатическому районированию исследуемая территория входит в Обь-Иртышскую климатическую провинцию. На большей части региона в течение года преобладают юго-западные ветры.

Поверхностные и подземные воды. Водные объекты в пределах Приобского плато представлены реками, относящимися к бассейну р. Обь (Алей, Барнаулка, Касмала) и области внутреннего стока Обь-Иртышского междуречья (Кулунда). В питании рек Приобского плато основная роль принадлежит снеговым (от 40 до 60% годового стока), дождевым (8-30%), подземным (15-49%) водам. Основной объем годового стока приходится на весенний (70%) и летне-осенний (10-20%). Сток взвешенных наносов в пределах района по сезонам года распределяется неравномерно: на весенне-летний период (апрель - июнь) приходится 70-95% стока наносов от годового количества, на июль - сентябрь (5-25%) и октябрь - март (0,55%) (Русловые процессы..., 1996).

Особенности распространения подземных вод определяются приуроченностью территории к крупному Кулундинско-Барнаульскому артезианскому бассейну, сложенному мощной (до 1200 м) толщей мезозойско-кайнозойских отложений. Грунтовые воды на Приобском плато имеют распространение в отложениях краснодубровской и касмалинской свит, а также в аллювиальных отложениях долин. Минерализация их изменяется от пресных до солоноватых (2-3 г/л) в направлении с востока на запад (Атлас Алтайского края, 1978). Положение уровня грунтовых вод может оказывать влияние на процессы переноса вещества. Так, близкое залегание к поверхности грунтовых вод в условиях незначительного эрозионного расчленения в северной части плато (Кулундинские ложбины древнего стока) не способствует перевеиванию молодых аллювиальных отложений, характерному для южных частей плато (Касмалинская, Барнаулкинская, Алейская ложбины).

Почвенно-растительпый покров. Почвенно-растительный покров Приобского плато по своему характеру относится к степной и лесостепной зонам с южными, обыкновенными и выщелоченными черноземами. При прочих условиях почвенно-растительный покров также оказывает некоторое влияние на развитие эрозионной сети и миграцию литогенного материала. Разрежете и угнетение растительного покрова приводит к увеличению поступления твёрдого материала с водосбора. Влияние почвенного покрова на миграционную способность вещества с водосборов проявляется через различия в степени инфильтрации поверхностных вод (Шаврыгин, 1968).

Хозяйственная деятельность. Развитие эрозионной сети в последние десятилетия находится в прямой зависимости от антропогенного фактора и, прежде всего, от интенсивности сельскохозяйственного освоения, распашки, последствий водной мелиорации, создания сети автомобильных дорог, индустриализации террторий. Кроме того, водная мелиорация в долинах малых и средних рек определенно связана с ирригационной эрозией через ряд новых эрозионных форм рельефа, присущих только зонам интенсивного хозяйственного освоения. В структуре земельных угодий Приобского плато (из общей площади 54,3 тыс. км2) (Госдоклад..., 2007) наибольшая доля приходится на сельскохозяйственные угодья - 46,9 тыс. км2

(86,3%), из них на пашню приходится 34,8 тыс. км2 (64,1%), земли населенных пунктов — 1,4 тыс. км2 (2,5%), земли транспорта - 160 км2 (0,3%), земли лесного фонда — 4,8 тыс. км2 (8,8%), земли водного фонда — 707 км2 (1,3%).

ГЛАВА 3. БАССЕЙНОВЫЙ АНАЛИЗ ПРИОБСКОГО ПЛАТО

Анализ проведен для бассейнов четырех наиболее крупных рек, дренирующих Приобское плато - Кулунды, Касмалы, Барнаулки и Алея. Из них река Кулунда принадлежит области внутреннего стока с базисом эрозии в виде Кулундинского озера, а Касмала, Барнаулка и Алей являются левыми притоками Оби. Бассейны Кулунды, Касмалы и Барнаулки полностью или подавляющей своей частью расположены на Приобском плато, в то время как бассейн Алея расположен в пределах плато лишь частично, в нижнем течении реки.

Всего на исследуемой территории в выбранном масштабе исследования на основе ЦМР в среде АтсвК было выделено 78 бассейнов 3 порядка, для которых рассчитаны необходимые структурные индексы (Таблица 1).

Таблица 1 — Структурные индексы речных бассейнов 3-го порядка (фрагмент)

№ бассейна Площадь, кв.км Структурные индексы Соотношение уклонов в узле слияния русел 2-го и 3-го порядка, иг Бассейн реки

ИСП исд ИСУ ИСБ ИСПр

1 515,6 532 136 343 155 145 1,3 Кулунда

2 250,2 721 145 721 125 343 2,0 Кулунда

3 174,6 721 136 631 134 343 3,0 Кулунда

4 260,0 523 136 631 125 343 3,0 Кулунда

5 171,8 712 118 532 133 217 1,5 Кулунда

16 213,4 541 244 532 133 343 1,5 Касмала

22 275,5 622 127 622 136 325 1,0 Касмала

27 760,7 631 136 343 166 145 1,3 Касмала

28 153,5 721 163 532 125 262 1,5 Касмала

10 57,7 811 514 433 122 514 1,0 Барнаулка

20 142,3 721 451 325 123 532 0,4 Барнаулка

24 180,5 631 352 541 132 451 4,0 Барнаулка

30 61,2 811 226 424 122 217 0,5 Барнаулка

61 146,7 631 145 721 124 442 2,0 Алей

62 208,0 631 136 631 133 343 3,0 Алей

63 451,2 532 145 532 128 253 1,5 Алей

Выделенные бассейны 3-го порядка были проанализированы по занимаемой площади, поскольку она определяет количество поступающих в русло воды и рыхлых отложений. В результате анализа в принятом масштабе исследования установлено, что на территории Приобского плато преобладают бассейны 3-го порядка с площадью близкой (±0,5о) к среднему значению 200 км2 (более 50%) (Рисунок 2).

Реальные бассейны при анализе полученного массива структурных индексов сопоставлялись с модальным типом бассейна (ИСП=532; ИСД=136; ИСУ=631; ИСБ=134). Модальный тип бассейна характеризуется наиболее часто встречающейся структурой, которая не зависит от происхождения бассейна, структурно-тектонических и ландшафтно-климатических условий. Он является нормой, для которой известны физические соотношения протекающих процессов (Симонов, Симонова, 2003).

Резким преобладанием бассейнов-накопителей 3-го порядка характеризуется бассейн Алея (52,4% от количества и 44,4% по площади) при отсутствии сбрасывателей и транзитных с тенденцией к выносу бассейнов.

Относительно равномерное, с несколько пониженной долей транзитных с тенденцией к выносу бассейнов, распределение по классам отмечено для Барнаулки. Накопители и сбрасыватели составляют примерно равные количества, соответственно, 25% (29,7% площади) и 30,0% (26,6% площади). Распределение транзитных бассейнов также достаточно ровное. Бассейны транзитные с тенденцией к накоплению составляют 20% (24,6% площади), транзитные - 20% (17,1% площади), транзитные с тенденцией к выносу - 5,0% (2,1% площади).

Резкая асимметрия в распределении бассейнов 3-го порядка по классам потенциальной способности к выносу/накоплению вещества отмечена для Касмалы. На долю бассейнов транзитных с тенденцией к накоплению здесь приходится 75% (80,4% площади), транзитных - 25% (19,6%). Вероятнее всего, такое неравномерное распределение является результатом слишком малой выборки в принятом масштабе (всего 4 бассейна 3-го порядка).

Следует отметить ещё одну особенность бассейновой организации, влияющей на потенциальную способность речных бассейнов к выносу/накоплению вещества. Для бассейнов Барнаулки и Кулунды, среди входящих в них бассейнов 3-го порядка преобладают накопители. В большинстве случаев это определяется местоположением анализируемых узлов слияния русел. Если узел слияния русел 2-го и 3-го порядков располагается в пределах днища долины (на пойме или надпойменной террасе) или ложбины, то такой бассейн 3-го порядка в замыкающем звене русловой сети проявляет себя как накопитель, если на склоне, то - как сбрасыватель.

Таким образом, анализ соотношения уклонов в узлах слияния русел 2-го и 3-го порядка позволил разделить бассейны 3-го порядка на 5 классов по потенциальной способности к выносу/накоплению вещества и построить соответствующую картосхему, которая дает представление о закономерностях пространственного распределения бассейнов по этой характеристике. Построенная картосхема является первым из необходимых элементов для итоговой оценки эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато.

4.2. Характеристика антропогенной нагрузки на территорию Приобского

плато

Оценка антропогенной нагрузки на территорию Приобского плато была проведена на основе адаптированной методики А.Г. Исаченко (2001) с использованием дополнительных показателей, предложенных C.B. Одессер (1991), а также И.Д. Рыбкиной и Н.В. Стоящевой (2011). В качестве территориальных ячеек для расчета нагрузки были выбраны муниципальные районы и городские округа, так как их размеры хорошо соответствуют масштабу и задачам исследования, и для них доступна необходимая статистическая информация.

Всего было использовано 6 показателей, характеризующих селитебную, промышленную, сельскохозяйственную и транспортную нагрузку: 1) общая плотность населения, 2) плотность выбросов вредных веществ в атмосферу, 3) плотность промышленного производства, 4) распаханность территории, 5) плотность поголовья скота на единицу площади сельхозугодий и 6) плотность автодорог общего пользования. Для каждого показателя принята условная шкала из пяти ступеней (Таблица 2).

Таблица 2 - Шкала показателей антропогенной нагрузки

Интенсивность нагрузки

Показатель антропогенной очень низкая низкая средняя высокая очень высокая

нагрузки Баллы

1 2 3 4 5

Плотность пром. производства, тыс. руб./ км2 127,720 < 127,721 -515,910 515,9111359,870 1359,871 59455,660 > 59455,661

Плотность выбросов вредных веществ в атмосферу, т / км2 в год 0,200 < 0,201 -0,400 0,401 -0,750 0,751 -2,030 > 2,031

Плотность автодорог км/км2 0,10 < 0,110,50 0,51 -2,30 2,314,90 >4,91

Распаханность территории, % 2,40 < 2,4138,20 38,21 -49,70 49,71 -60,40 > 60,41

Плотность поголовья 0,041 -0,080 0,081 -0,120 0,1210,160

скота на единицу площади сельхозугодий, гол./га 0,040 < >0,161

Общая плотность населения, чел. / км2 6,30 < 6,3110,00 10,0118,40 18,41735,70 > 735,71

Интервалы значений показателей, соответствующих определенной интенсивности нагрузки, были определены методом естественных границ с помощью Агс018. По этому методу границы интервалов устанавливаются там, где встречаются относительно большие скачки значений, чтобы сгруппировать схожие значения. В результате была проведена оценка и составлена соответствующая картосхема антропогенной нагрузки по каждому отдельному показателю.

Полученные по отдельным показателям баллы были суммированы, а затем повторно сгруппированы в пять классов методом естественных границ. Для каждого класса назначен итоговый балл. В результате составлена карта антропогенной нагрузки на территорию по б показателям (Рисунок 8).

Анализ итоговой картосхемы показывает, что антропогенная нагрузка на территорию имеет мозаичное распределение. Очень высокой нагрузкой (5 баллов) характеризуются Павловский район и города Барнаул, Алейск, Рубцовск. Очень низкой и низкой (1-2 балла) - 8 районов, 5 из которых находятся в северной части плато, 2 - в восточной и 1 - на юге. Наибольшую площадь занимают районы с высокой и средней (3—4 балла) антропогенной нагрузкой.

4.3. Эколого-геоморфологическое состояние Приобского плато

Оценка эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато проведена на основе сопоставления потенциальной способности бассейнов 3-го порядка к выносу/накоплению вещества и интенсивности антропогенной нагрузки.

Выделено пять степеней благополучия эколого-геоморфологического состояния: 1) весьма неблагополучное, 2) неблагополучное, 3) относительно благополучное, 4) благополучное, 5) весьма благополучное (Рисунки 9,10).

Панкрушихинский

Каменский

Суетский

Кал мант

Благовещенский

Завьяловский

Ромэное

Поспели»

Баллы

Рубцовский

Рисунок 8 - Итоговая карта антропогенной нагрузки.

Эколого-геоморфологическое состояние

Весьма неблагополучное

Неблагополучное

Относительно благополучное

Благополучное

Весьма благополучное

приобского плато

Рисунок 9 - Эколого-геоморфологическое состояние бассейнов 3-го порядка.

Тип бассейнов Антропогенная нагрузка, балл

5 4 3 2 1

Накопители 1, 26, 29, 35,36, 37,38,46 11,15,21 2,3 4,13

Транзитные с тенденцией к накоплению 39 18 1,9 5, 8,6

Транзитные 40,44, 51 25 3,7,23

Транзитные с тенденцией к выносу 32, 34 12

Сбрасыватели 50 17

Тип бассейнов Антропогенная нагрузка, балл

5 4 3 2 1

Накопители 61, 62, 73, 78, 79,82 64, 65, 66, 68, 70

Транзитные с тенденцией к накоплению 69, 72, 74 76 63,67

Транзитные 71, 75, 81 83

Транзитные с тенденцией к выносу

Сбрасыватели

Бассейн Барнаулки

Тип бассейнов Антропогенная нагрузка, балл

5 4 3 2 1

Накопители 24 47, 49,53 60

Транзитные с тенденцией к накоплению 33 56 48, 59

Транзитные _ 55,57 52

Транзитные с тенденцией к выносу 30

Сбрасыватели 20,31 43,45, 54 58

Бассейн Касмалы

Тип бассейнов Антропогенная нагрузка, балл

5 4 3 2 1

Накопители

Транзитные с тенденцией к накоплению 16 27, 28

Транзитные 22

Транзитные с тенденцией к выносу

Сбрасыватели

весьма

неблагополучное

Эколого-геоморфологическое состояние:

, относительно

неблагополучное ,

_ благополучное

благополучное

весьма

благополучное

Рисунок 10 - Матрицы для оценки степени благополучия эколого-геоморфологического состояния бассейнов 3-го порядка.

Весьма неблагополучное состояние (ВН) характеризуется очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) антропогенной нагрузкой (АН) в пределах бассейнов-накопителей или транзитных с тенденцией к накоплению. Преобладающий процесс для бассейнов с ВН - аккумуляция ниже узла слияния русел 2-го и 3-го порядка вещества, поступившего с вышерасположенных склонов и русел. Здесь, при резком уменьшении уклона вместе с отложением и сортировкой литогенного материала может происходить накопление загрязняющих веществ.

Неблагополучное состояние (Н) возникает в условиях средней (3 балла) АН в пределах бассейнов, характеризующихся транзитом с тенденцией к накоплению или накопителей; очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) АН в транзитных бассейнах. Процессы аккумуляции в условиях меньшего, чем в предыдущем случае, изменения уклонов в узле слияния или вообще прямого продольного профиля проявлены в меньшей степени. Однако в условиях интенсивной АН здесь потенциально могут формироваться очаги загрязнения.

Относительно благополучное состояние (ОБ) определяется сочетанием очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) АН в пределах бассейнов транзитных, транзитных с тенденцией к выносу и сбрасывателей; средней АН (3 балла) в пределах транзитных бассейнов; низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в пределах бассейнов накопителей или транзитных с тенденцией к накоплению. При таких сочетаниях нагрузки и соотношения уклонов русел возникновение устойчивых очагов загрязнения маловероятно, поскольку в условиях выпуклой формы продольного профиля в узле слияния будут преобладать процессы размыва и выноса вещества, в том числе и потенциальных загрязнителей; либо нагрузка на территорию характеризуется невысокой интенсивностью.

Благополучное состояние (Б) реализуется в условиях низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в транзитных бассейнах; средней (3 балла) АН в бассейнах транзитных с тенденцией к выносу или сбрасывателях. Благополучное состояние характеризуется таким сочетанием соотношения уклонов в узле слияния русел 2-го и 3-го порядка и интенсивности АН, которое не способствует накоплению загрязнителей, так как в узлах слияния происходит размыв и активный вынос вещества за пределы бассейна.

Весьма благополучное состояние (ВБ) реализуется при низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в бассейнах-сбрасывателях или транзитных с тенденцией к выносу. Весьма благополучное состояние будет характеризоваться активным выносом вещества за пределы бассейна, что в условиях слабоинтенсивной нагрузки не приводит к формированию очагов загрязнения.

Для Приобского плато в целом наибольшая доля приходится на бассейны 3-го порядка, характеризующиеся относительно благополучным эколого-геоморфологическим состоянием (ЭГС) 39,7% (35,3% площади). Большинство из них расположено в северной части бассейна Кулунды и в приустьевой части Алея (Таблица 3).

Весьма неблагополучное 30,8% (36,9% площади) и неблагополучное 17,9% (20,0% площади) ЭГС характерно для бассейнов 3-го порядка, расположенных в пределах бассейнов Касмалы, Алея и южной части Кулунды. Здесь расположены муниципальные образования с очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) АН в пределах бассейнов-накопителей или транзитных с тенденцией к накоплению.

Таблица 3 — Эколого-геоморфологическое состояние (ЭГС) бассейнов рек 3-го

порядка Приобского плато

ЭГС Распределение бассейнов

по количеству по площади

шт. доля, % кв.км доля, %

Весьма неблагополучное 24 30,8 5807,5 36,9

Неблагополучное 14 17,9 3154,0 20,0

Относительно благополучное 31 39,7 5566,1 35,3

Благополучное 8 10,3 992,3 6,3

Весьма благополучное 1 1,3 239,4 1,5

78 100,0 15759,4 100

Доля благополучных и весьма благополучных бассейнов по ЭГС относительно мала и составляет 10,3% (6,3% площади) и 1,3% (1,5% площади), соответственно. Эти бассейны расположены преимущественно в пределах долин Кулунды и Барнаулки с низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в транзитных бассейнах или средней (3 балла) АН в бассейнах транзитных с тенденцией к выносу или бассейнах-сбрасывателях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Эколого-геоморфологическое состояние территории Приобского плато определяется сочетанием природных и антропогенных факторов и условий. Структура бассейнов формируется в условиях умеренно континентального климата с недостаточным количеством и неравномерным распределением осадков по территории. Важнейшей геоморфологической особенностью плато является наличие параллельных ложбин древнего стока и разделяющих их увалов. Ложбины древнего стока неоднородны как по морфологии, так по генезису и возрасту. Сложение поверхности плато слабо- и нелитифицированными отложениями определяет обилие рыхлого материала, поступающего с поверхности водосборов в русла.

2. Особенности пространственного распределения литопотоков и потенциальная способность речных бассейнов к самоочищению раскрыты через анализ структурных индексов площадей, длин, уклонов, бифуркации. Для расчета структурных индексов применены ГИС-технологии выделения и анализа русловой сети на основе ЦМР. В результате анализа 78 бассейнов 3 порядка на территории Приобского плато установлено, что преобладают бассейны с площадью близкой к среднему значению (более 50%); с неравномерным распределением питания наносами вдоль главного русла за счет верхних звеньев; с наиболее стабильной долей русел первого порядка, и варьирующими долями русел 2-го и 3-го порядков. Большинство из проанализированных бассейнов, расположенных на склонах увалов Приобского плато, имеют слабо выработанный, иногда ступенчатый, продольный профиль, характеризующийся «дефицитом» уклонов в верхнем звене и «переизбытком» в нижнем на фоне «нормы» в среднем.

3. Сопоставление геоморфологического (потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества) и экологического (антропогенной нагрузки) критериев позволило оценить степень благополучия эколого-

геоморфологического состояния по отношению к переносу загрязняющих веществ с литопотоками. Выделено пять степеней эколого-геоморфолошческого состояния: весьма неблагополучное, неблагополучное, относительно благополучное, благополучное, весьма благополучное.

4. Проведенная оценка степени благополучия эколого-геоморфологического состояния Приобского плато по соотношению потенциальной способности бассейнов 3-го порядка к выносу/накоплению вещества и интенсивности антропогенной нагрузки позволила выявить участки, потенциально подверженные формированию очагов загрязнения. Результаты оценки следует учитывать при развитии сети геоэкологического мониторинга, территориальном планировании размещения хозяйственных объектов, прогнозировании последствий природопользования на территории исследуемых бассейнов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Кошелева, Е.Д. Некоторые аспекты геоэкологических исследований Бурлинского магистрального канала (Кругихинский район Алтайского края) / Е.Д. Кошелева, В.В. Скрипко, A.A. Цхай // Известия АГАУ. 2007. №9. С. 19-28.

2. Скрипко, В.В. Особенности структуры речных бассейнов равнинной части Алтайского края / В.В. Скрипко // Известия Алтайского государственного университета 2012. № 3-2 (75). С. 85-89.

3. Платонова, С.Г. Эколого-геоморфологические особенности трансграничного взаимодействия в бассейне р. Иртыш / С.Г. Платонова, В.В. Скрипко // Мир науки, культуры, образования 2012. №5. С. 320-325.

в других изданиях:

4. Коверникова, Е.Ю. Оценка антропогенной нагрузки на особо охраняемые природные территории Алтайского края / Е.Ю. Коверникова, В.В. Скрипко, Т.В. Антюфеева // Географическое образование в Сибири: материалы Всероссийской научно-практической конференции (Барнаул - Горно-Алтайск, 10-13 ноября 2011 г.) / отв. ред. Г.Я. Барышников, - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2011. С. 57-60.

5. Платонова, С.Г. Антропогенный морфогенез на юге Западной Сибири (на примере Приобского плато) / С.Г. Платонова, В.В. Скрипко // Рельеф и человек: Материалы Иркутского геоморфологического семинара (Иркутск, 27-29 сентября 2004 г.) - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, Ассоциация геоморфологов России, 2004. С. 44-45.

6. Скрипко, В.В. Применение бассейнового подхода к организации природопользования (на примере бассейна р. Чарыш) / В.В. Скрипко // Проблемы региональной экологии. Вып. 6 - Материалы I научно-практической конференции молодёжи. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. С. 144-145.

7. Скрипко, В.В. Некоторые аспекты оценки изменения природной среды (на примере бассейна р. Чарыш) / В.В. Скрипко, Т.Н. Лавренчук, Д.Е. Галактионов, O.A. Савчук // Горы и человек: антропогенная трансформация горных геосистем: Материалы Всероссийской научной конференции. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. С. 117-119.

8. Скрипко, В.В. Некоторые аспекты развития овражной эрозии на территории города Барнаула / В.В. Скрипко // Сергеевские чтения. Выпуск 2. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной экологии и гидрогеологии. - М.: ГЕОС, 2000. С. 265-267.

9. Скрипко, В.В. Территориальная структура природопользования в бассейне реки Чарыш / В.В. Скрипко // Антропогенная трансформация горных геосистем (Алтай и Саяны): история, состояние и проблемы: Материалы Всероссийской молодежной научной конференции с участием стран СНГ. -Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2001. С. 131-132.

10. Скрипко, В.В. Методика и результаты применения балльной оценки к оптимизации структуры земельных угодий в бассейне реки Чарыш / В.В. Скрипко // Горы и человек: От стратегии природы к стратегии Разума: Материалы междисциплинарной научной

конференции молодых ученых Алтайского государственного университета. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002. С. И7-121.

П.Скрипко, В.В. Пространственные закономерности развития овражной эрозии на территории Алтайского края / В.В. Скрипко // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей. В 3 кн. / Международная научно-практическая конференция. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. Кн. 3. С. 393-396.

12. Скрипко, В.В. Овражная эрозия на юго-востоке Западной Сибири (на примере Приобского плато) / В.В. Скрипко // Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы развития природы и общества. Материалы научно-практической конференции. -Смоленск: Изд-во СГУ, 2006. С. 156-157.

13. Скрипко В.В. Эрозионные процессы на откосах Бурлинского магистрального канала (Кругихинский район Алтайского края) / В.В. Скрипко, Е.Д. Кошелева // География и природопользование Сибири: сборник статей. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2007. - Вьш. 9. С. 200-215.

14. Скрипко, В.В. Овражно-эрозионное районирование Алтайского края / В.В. Скрипко // Земная поверхность, ярусный рельеф и скорость рельефообразования. Материалы Иркутского геоморфологического семинара, Чтений памяти H.A. Флоренсова (г. Иркутск, 9-14 сентября 2007 г.). - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2007. С. 153-155.

15. Скрипко, В.В. Опыт применения цифровой модели рельефа для изучения долинно-балочной сети юга Западной Сибири / В.В. Скрипко, ГЯ. Барышников // Двадцать четвертое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Барнаул, 5-9 октября 2009 г.): доклады и сообщения. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2009. С. 184-186.

16. Скрипко, В.В. Применение бассейнового анализа для прогноза овражности (на примере Алтайского края) / В.В. Скрипко // Эколого-географические исследования в речных бассейнах. Тезисы Ш Всероссийской научно-практической конференции (г. Воронеж, 1517 октября 2009 г.). - Воронеж: Изд-во Воронежского гос. пед. ун-та, 2009. С. 131.

17. Скрипко В.В. Опыт ГИС-анализа цифровой модели рельефа в геоморфологических исследованиях (на примере окрестностей оз. Красиловское). / В.В. Скрипко // Теоретические и прикладные вопросы современной географии. Материалы Всероссийской конференции (г. Томск, 20-22 апреля 2009 г.) - Томск: Томский госуниверситет, 2009. С. 62-63.

18. Скрипко В.В. Современная территориальная структура природопользования Заринского муниципального района (Алтайский край) / В.В. Скрипко, H.H. Пестерева // География и природопользование Сибири: Сборник статей / Под ред. проф. Г_Я. Барышникова. -Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2010. Вып. 12. С. 139-154.

19. Скрипко, В.В. Изучение структуры водосборных площадей речного бассейна на примере р. Алей / В.В. Скрипко // Экологические проблемы природопользования в Сибири: сборник научных трудов. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. С. 188-191.

20. Скрипко, В.В. Анализ структуры бассейна реки Алей / В.В. Скрипко // Географическое образование в Сибири: материалы Всероссийской научно-практической конференции (Барнаул - Горно-Алтайск, 10-13 ноября 2011 г.) / отв. ред. Г.Я. Барышников. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2011. С. 155-161.

21. Скрипко, В.В. Пример использования ГИС для анализа структуры речных бассейнов равнинной части Алтайского края / В.В. Скрипко, С.Г. Платонова // «ИнтерКарто-ИнтерГИС 17: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Материалы Международной конференции (г. Белокуриха - г. Денпасар, 14-15 декабря 2011 г.). - Барнаул: Типография ОАО ИПП «Алтай», 2011. - С. 326-330.

Подписано в печать 22.11.2013. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,4 Тираж 120 экз. Заказ 2611

Отпечатано в типографии ООО «Бизнес-Коннект» 656056 г. Барнаул, ул. Пролетарская 64 тел. (3852) 635587

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Скрипко, Вадим Валерьевич, Барнаул

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

04201453999 На правах рукописи

Скрипко Вадим Валерьевич

ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИОБСКОГО ПЛАТО НА ОСНОВЕ БАССЕЙНОВОГО АНАЛИЗА

25.00.36 - геоэкология (географические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: д.г.н., профессор, Г.Я. Барышников

Барнаул - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 4

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ............................................... 10

1Л. Основные концепции изучения эколого-

геоморфологического состояния.............................. 12

1.2. Подходы к обоснованию выбора основных параметров для количественной характеристики структуры речного бассейна (бассейновый анализ)......................... 13

1.3. Методика исследования структуры речных бассейнов с использованием ЦМР.......................................... 24

1.4. Оценка антропогенной нагрузки на территорию......... 29

1.5. Методика оценки эколого-геоморфологического состояния........................................................... 31

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИОБСКОГО ПЛАТО

2.1. Геологическое строение........................................ 34

2.2. Рельеф............................................................... 45

2.3. Климат.............................................................. 58

2.4. Поверхностные и подземные воды............................ 64

2.5. Почвы и растительный покров................................. 68

2.6. Хозяйственная деятельность................................... 71

ГЛАВА 3. БАССЕЙНОВЫЙ АНАЛИЗ ПРИОБСКОГО ПЛАТО..... 75

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

ТЕРРИТОРИИ ПРИОБСКОГО ПЛАТО.................... 95

4.1. Анализ потенциальной способности речных бассейнов

к выносу/ накоплению вещества.............................. 95

4.2. Характеристика антропогенной нагрузки на

территорию Приобского плато............................................................105

4.3. Эколого-геоморфологическое состояние Приобского

плато..........................................................................................................................113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................ 124

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..........................................................................................127

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Оценка экологического состояния окружающей природной среды в условиях усиления антропогенного воздействия является одной из актуальных проблем геоэкологии, решение которой имеет большое фундаментальное и прикладное значение (Кочуров, 2003). К настоящему времени достаточно хорошо разработаны различные подходы и методы оценки экологического состояния территории как на основе отдельных компонентов (атмосфера, вода, почва, биота), так и ландшафта в целом. Однако в них до сих пор не нашел должного отражения рельеф, бассейновая организация которого во многом определяет процессы переноса и накопления вещества, в том числе поступающего в результате хозяйственной деятельности. Решение этой задачи возможно на основе анализа эколого-геоморфологического состояния территории с учётом её бассейновой организации.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

5. определить интенсивность антропогенной нагрузки на территорию Приобского плато;

Предмет исследования: эколого-геоморфологическое состояние речных бассейнов 3-го порядка Приобского плато.

Теория и методы исследования, составляют научно-методические принципы и идеи: 1) выделения эколого-геоморфологического состояния территории (Кружалин, 2001; Кружалин и др., 2004; Новаковский и др., 2005); 2) бассейнового анализа (Симонов, 1972; Симонов, Симонова, 2003; Кичигин, 1975 и др.); 3) анализа ЦМР в гидрологических и геоморфологических исследованиях (Яковченко и др. 2004; Tarboton, Baker, 2008; Tarboton et. all, 2009; Гарцман и др., 2008; Прасолов, 2001); 4) оценки потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества на основе их структуры (Кружалин, 2001; Кружалин и др. 2004; Новаковский и др., 2005); 5) оценки антропогенной нагрузки на региональном и субрегиональном уровне (Исаченко, 2001).

В работе применены традиционные и современные методы исследования: сравнительно-географический, картографический, полевых наблюдений, аналогии, математической статистики, морфометрического анализа рельефа, а также графоаналитический и геоинформационный.

Научная новизна.

1. Впервые для юга Западной Сибири на основе цифровой модели

рельефа с помощью геоинформационных технологий пространственного моделирования русловой сети проведено выделение иерархически

упорядоченных элементов структуры речных бассейнов, рассчитаны их количественные характеристики.

3. Предложен метод оценки эколого-геоморфологического состояния территории, основанный на комплексном анализе двух критериев: 1) потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества и 2) интенсивности антропогенной нагрузки.

Основные защищаемые положения:

3. Оценка эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато основывается на сопоставлении интенсивности антропогенной нагрузки и потенциальной способности речных бассейнов 3-го порядка к выносу / накоплению загрязняющих веществ.

Теоретическая и практическая значимость работы. Сопоставление особенностей структуры речных бассейнов с антропогенной нагрузкой позволяет проводить экспресс-анализ геоэкологического состояния территории. Результаты анализа могут быть востребованы при планировании размещения хозяйственных объектов, обосновании размещения пунктов сети

геоэкологического мониторинга, а также при оценке земельных ресурсов. Выявление особенностей структуры речных бассейнов необходимо при проведении экстраполяции измеренных показателей на соседние бассейны-аналоги, а также для прогнозирования последствий природопользования.

Публикации и апробация работы.

Основные положения диссертации отражены в 21 публикации, в том числе 3 из них - в изданиях, включённых в перечень ВАК. Результаты исследований докладывались на конференциях разного уровня: «Проблемы региональной экологии» (Новосибирск, 2000), «Горы и человек: антропогенная трансформация горных геосистем» (Новосибирск, 2000), «Сергеевские чтения» (Москва, 2000), «Антропогенная трансформация горных геосистем (Алтай и Саяны): история, состояние и проблемы» (Барнаул, 2001), «Горы и человек: От стратегии природы к стратегии Разума» (Барнаул, 2002), «Рельеф и человек» (Иркутск, 2004), «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, 2006), «Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы развития природы и общества» (Смоленск, 2006), «Земная поверхность, ярусный рельеф и скорость рельефообразования» (Иркутск, 2007), «Двадцать четвертое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Барнаул, 2009), «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж, 2009), «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (Томск, 2009), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011), «ИнтерКарто-ИнтерГИС 17: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Белокуриха, Денпасар, 2011), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011).

Благодарности. Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю д.г.н., проф. Геннадию Яковлевичу Барышникову. Автор глубоко признателен д.г.н., проф. Ю.Г. Симонову и к.г.н., доц. Т.Ю. Симоновой, которые ввели его в теорию и практику бассейнового анализа, а также оказали большую помощь и внимание. За многолетнее конструктивное сотрудничество автор выражает признательность к.г.-м.н., доц. С.Г. Платоновой. В работе над диссертацией помогли ценные советы и консультации д.г.н., проф. Ю.И. Винокурова, д.г.н., проф. Б.А. Краснояровой, д.г.н., проф. Б.Н. Лузгина, д.г.н., проф. A.M. Малолетко, к.г.н., доц. О.Н. Барышниковой. Автор выражает им свою искреннюю благодарность. За поддержку и внимание к работе автор благодарит к.г.н., доц. О.В. Останина, В.Ф. Резникова, к.г.н. Н.В. Стоящеву, к.г.н. доц. И.Д. Рыбкину. Огромное спасибо коллективу географического факультета АлтГУ за благожелательное отношение и поддержку.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

В основе оценки эколого-геоморфологического состояния лежит подход, разработанный В.И. Кружалиным (2001), Б.А. Новаковским с соавторами (2005). В понимании этих исследователей эколого-геоморфологическое состояние - это свойство территориальной системы, сохраняющей качественное постоянство структуры и функционирования на определённом отрезке времени в результате установившихся (саморегулирующихся) отношений в системе «рельеф - хозяйственная деятельность человека» (Новаковский и др..., 2005).

анализа выбраны бассейны 3-го порядка, для которых рассчитываются структурные индексы, характеризующие строение бассейна: индекс структуры бифуркации (ИСБ), дающий представление о количестве и соотношении русел разного порядка; индекс структуры площадей (ИСП), показывающий соотношение площадей водосборов разных порядков; индекс структуры длин (ИСД), вычисляющийся как соотношение средних длин разнопорядковых русел; индекс структуры уклонов (ИСУ), как соотношение средних уклонов русел разного порядка. А также введенный нами индекс структуры превышений (ИСПр), характеризующий средние превышения истоков над устьями русел разного порядка.

Бассейновый анализ выполнен с использование ГИС-технологий. В основе выбора алгоритма работ, инструментария и методики использования ЦМР работы D.G. Tarboton, М.Е. Baker (2008), D.G. Tarboton., К.А.Т. Schreuders, D.W. Watson and М.Е. Baker (2009), Б.И. Гарцмана, А. H. Бугаец, H. Д. Тегай, С. М. Краснопеева (2008); C.B. Прасолова (2001), Н.И. Тульской, 2002, Б.А. Новаковского, Ю.Г. Симонова, Н.И. Тульской (2005). Построение модели русловой сети, определение порядков русел и расчет структурных индексов выполнены в ArcGIS (модули Spatial Analyst Tools, Analysis Tools), на основе цифровой модели рельефа (ЦМР) SRTM-90 с разрешением пикселя на местности 90 х 60 м, что соответствует масштабу 1:230000. Расчет дренажной сети производился на основе производного от ЦМР растра аккумуляции стока, где каждая ячейка содержит информацию о количестве вышерасположенных по рельефу ячеек, сток из которых проходит через нее (Яковченко и др., 2004). При расчете было задано определенное эмпирическим путем пороговое значение количества ячеек растра, дающих сток равное 1000.

нагрузки равнинных территорий Алтайского края (на примере Приобского плато) было проведено на основе адаптированной методики А.Г. Исаченко (2001), с использованием дополнительных показателей, предложенных C.B. Одессер (1991), а также И.В. Рыбкиной и Н.В. Стоящевой (2011).

1.1. Основные концепции изучения эколого-геоморфологического

состояния

Направление в геоэкологии, изучающее эколого-геоморфологического состояние территории, как результат взаимодействия рельефа и хозяйственной деятельности человека родилось из основных положений экологической геоморфологии.

Вторая половина восьмидесятых годов XX столетия ознаменовалась как эпоха «экологизации» многих естественных наук. Первые предложения по экологизации геоморфологии прозвучали в работе Ю.Г. Симонова и Д.А. Тимофеева (1987), где подчеркивалась необходимость изучения влияния роли рельефа на сложные географические природно-хозяй�

Информация о работе

Скрипко, Вадим Валерьевич
кандидата географических наук
Барнаул, 2013
ВАК 25.00.36

Диссертация

Оценка эколого-геоморфологического состояния Приобского плато на основе бассейнового анализа - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы