Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Плоскостной поверхностный снос в предгорных районах Средней Азии и Казахстана

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Плоскостной поверхностный снос в предгорных районах Средней Азии и Казахстана"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

На правах рукописи

ПЕРЕСЛЕГИНА Раиса Евгеньевна

ПЛОСКОСТНОЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СНОС В ПРЕЩГОРНЫХ РАЙОНАХ СРЕДНЕЙ АЗИИ И КАЗАХСТАНА

II.00.04 - геоморфология-и эволюционная география

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва, 1991

Работа выполнена в Институте географии АН СССР

Научный руководитель: доктор географически* наук

Д.А. Тимофеев

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор А.П. Дедков кандидат геолого-минералогвческйх наук, Е.А.Толстых

Ведущая организация - Ташкентский государственный университет, географический факультет

Зашита состоится _1991 г.

в ^О часов на заседании специализированного совета по геоморфологии и эволюционной географии ( Д 003.19.04) при Институте географии АН СССР по адресу: 109017, Москва, Старомонетный пер., дом 29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии АН СССР

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

Предгорья и подгорные равнины в аридных регионах представляют наиболее населенные территории с развитым сельским хозяйством. В последнее время все больше площадей вовлекается в сферу хозяйственной деятельности человека. Нарушение естественного состояния поверхности деятельностью человека вызывает изменения, прежде всего, в режиме экзогенных процессов С смыва, дефляции и др.) и,гак правило, приводит к увеличению интенсивности их проявления. Методы изучения и измерения неблагоприятных экзогенных процессов и борьбы с ними, разработанные главным образом для гумидных регионов не подходят для аридных областей,что заставляет искать иные подходы.

В современных условиях актуальной является оценка роли плоскостного поверхностного сноса (ППС) в развитии естетсвенного рельефа аридных регионов. При этом особое значение имеют количественные и качественные характеристики процесса. Они необходимы для определения скорости,тенденции развития рельефа,выявления роли основных факторов, в том числе антропогенного. Знание закономерностей развития рельефа под влиянием естественных факторов валено при выявлении роли человека в преобразовании рельефа, при прогнозировании и контроле за его состоянием,а тага® при разработке теоретических аспектов проблемы экзоморфогенеза аридных регионов.

Целью предлагаемой работы является анализ структуры ППС, роли каждого частного процесса в развитии рельефа аридных регионов. Достижение этой цели требовало решения следующих задач: 1. Использование существующих и разработка новых методов измерения ППС в аридных районах. 2. Выявление доли участия каждого отдельного процесса в суммарном процессе ППС. 3. Получение количественных характер ристик ППС. 4. Разработка физико-математических моделей ППС, позволяющих прогнозировать его величину.

Материалы для написания работы собраны автором во время многолетних (1975-1983 гг.) полевых исследований в различных районах средней Азии и Казахстана. Исследования проводились на стационарных участках - предгорья Центрального Копетдага; юго-западное побережье озера Иссык-Куль (подгорная равнина,предгорья гг.Кызылчо-ку, Кызыл-Эшме); и на маршрутах, которые проходили в районах Шной Ферганы, Кендирли-Каясанское плато,Северное Прибалхашья,а такте, пересекающих хребты Белесенык и Нуратау. В дополнение к полевым исследованиям использовались материалы производственных организаций, фондовые и литературные источники. В диссертации использовались результаты обработки метеорологических наблюдений автора и гидрометеорологических станций.

- 2" "

Научная новизна работы состоит в том,что уточняется понятие "плоскостной поверхностный снос", который рассматривается как совокупность отдельных процессов (плоскостной смыв,дефляция, капель-льная и капельно-ветровая эрозия),играющих большую, а иногда и ведущую роль на определенном этапе развития естественных форм рельефа аридных областей. Разработаны и испытаны в полевых условиях два новых метода оценки величины и динамики ППС в аридных регионах - метод "крашеного квадрата" и метод "избыточной поверхностной концентрации обломочного материала" (ИПНОМ). Дана количественная . оценка величины ППС за разные интервалы времени для некоторых районов Средней Азии и Казахстана. Показана относительная роль каждой из составляющих ППС в аридных регионах. Наиболее эффективным механизмом сноса с горизонтальных площадок и поверхностей с малым уклоном является капельно-ветровая эрозия, а со склонов со значительным уклоном- плоскостной смыв. Выявлено, что в течение первых лет после нарушения естественного состояния склона скорости сноса на порядок выше средних и не могут поэтому быть показательными для оценки денудационных процессов на значительных площадях. В последующие периоды роль ПГО выражается в преобразовании микрорельефа поверхности. Разработаны физико-математические модели составляющих ППС: плоскостного смыва,дефляции,капельной эрозии и капельно-вет-ровой эрозии,позволяющие получить расчетным путем величину сноса при проведении простейших измерений.

В диссертации на основе представления о пространственно-временной изменчивости комплекса склоновых процессов показано,что ППС является ведущим на начальных этапах приспособления склонов к аридным условиям (в случае новообразованных и искусственных склонов, склонов недавно появившихся из-под уровня моря,уступов террас и пойм, а также склонов,вышедших из состояния равновесия с окружающей средой - при уничтожении растительности или верхнего обогащенного крупнообломочным материалом горизонта).В результате образования на поверхности склона корочек, появления обломочного материала или растительности влияние ПГЮ на дальнейшую эволюцию склона снижается.

Практическая значимость и реализация результатов работа Полученные количественные данные ППС использованы при составлении карт: "Районирование территории СССР по интенсивности эрозионных процессов" (по геоморфологическим данным) и "Карта эрозионной опасности рельефа" масштаба 1:2,5 млн. Разработанные количествен-

- з -

ные критерии ППС могут быть использованы при планировании противо-зрозиокиой системы обработки почв, ведении строительных работ, а такие при разработке территориальной комплексной схемы охраны природы.

Апробация работы. Основные пололюяия диссертационной работы были доложены на заседаниях отдела геоморфологии ИГАН СССР, на Ш И Всесоюзной конференции по проблемме "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях" (Мзсква,декабрь,1981г.), на ХУШ Пленуме Геоморфологической комиссии АЖССР (Тбилиси, ноябрь, 1986г.), на Всесоюзной научной конференции по комплексному изучению и освоении пустынь СССР С Ашхабад,октябрь, 1986г.), на Всесоюзном совещании по географическим стационарам (Иркутск, апрель, 1988г.), на XIX Пленуме Геоморфологической комиссии АН СССР (Казань, сентябрь, 1988г.), в псковском филиале Географического общества АН СССР (Москва, ноябрь, 1989г.). № теме диссертации опубликовано 1,5 п. л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста,включает 29 рисунков,27таблиц. Список литературы включает 177 названия, из них 43 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ППС

Своеобразие процесса ППС в аридных областях связано прежде всего с сухостью климата, разреженностью, а то и отсутствием растительности. Редкие, но сильные ливни производят на слабозащипкнных растительностью поверхностях склонов значительную плоскостную и линейную эрозию. В аридных условиях проявляется все виды сноса Однако значение их неравномерно. В районах, где годовое количество осадков не превышает 100 мм и где развиты рыхлые породы,главным агентом сноса является ветер, в секиаридных (годовое количество осадков 200-250 мм) - ветер и вода В тех и других велика роль гравитационных процессов. Исследователи (Гудзон, 1974;Мэгеап, 1978; Kotarba,198666oTi«4aira существенную роль капельной эрозии в аридных районах. Поэтому снос нужно рассматривать как комплексный процесс удаления продуктов выветривания с места их образования (Тимофеев,1978).

Общепринятого понимания терминов "снос","смыв","дефляция"."эро-зия"нет. Хотя сущность дела не в названии,но использование несоот-ветсвующего термина все же отражается на неверном,чрезмерно узком, а то и просто ошибочном понимании многообразия работы воды и ветра. В данной работе под термином"дефляция"мы понимаем-разрушение и снос почвогрунтов под действием ветра. Под термином "смыв плоскостной"-.основной процесс денудации (в узком понимании этого термина) . Он заключается в падении дождвьге капель и их слиянии в почти непрерывный плащ воды,стекающий вниз по склону. Процесс слагается из двух фа8:1)удары дождевых капель (капельная эрозия) и разбрасывание частиц рыхлой породы;2)транспортировка частиц грунта стекающей водой (Тимофеев,1978).Под термином "капельно-ветровая эроэия"-разрушение и перемещение частиц грунта ударной силой и разбрызгиванием дождевых капель,а также ветром. Под термином "капельная эро-зия"мы придерживаемся определения.которое предложил Д. А. Тимофеев (1978) -разрушение и перемещение на небольшое расстояние частиц грунта ударной силой и разбрызгиванием дождевых капель и градин. Процессы капельной эрозии,капелью-ветровой эрозии, плоскостного и дефляции обычно протекают на одной поверхности склона. Поэтому логично их объединить в одну группу- плоскостной поверхностный снос. Таким образом,плоскостной поверхностный снос-это удаление поверхностного рыхлого материала под действием ветра (дефляция),дождевых капель (капельная эрозия).совместного действия ветра и дождевых капель (капельно-ветровая эрозия) и смыва частиц почвогрунтов дождевыми или талыми снеговыми водами (плоскостной смыв) с поверхности склона.

Плоскостной смыв. При обильных атмосферных осадках, когда полностью насыщаются водой рыхлые поверхностные образования,образуется поверхностный сток. Он осуществляется в форме пластовых потоков, которые покрывают поверхность склона сплошной пеленой, и в виде ручейков. Обычно глубина пластовых потоков изменяется от долей миллиметра до нескольких сантиметров в зависимости от микрорельефа, шероховатости поверхности и других влияющих на сток факторов. Механизм развития плоскостного смыва сложен и зависит от сочетания комплекса факторов. Большое влияние на формирование поверхностного и смыва прежде всего оказывают интенсивность осадков, фильтрационные свойства грунтов и морфология склонов. Если грунт способен поглотить все осадки,сток и смыв по поверхности отсутствует;» наоборот, если интенсивность выпадения дождя превышает максимальную

скорость фильтрации, лишний объем образует поверхностный сток и соответственно осуществляется плоскостной смыв. Длина,крутизна и высота склонов такт? влияют на плоскостной смыв. С коротких и крутых склонов смывается больше. На пологих и длинных склонах той же высоты смыв может не достигать подножия склона,если в нем участвет небольшое количество воды,успевающее просочиться в грунт. Но если сток значителен,смыв с длинного склона той де высоты мояет иметь эффект в связи с большей плошадью водосбора. При прочих равных условиях,'на крутом склоне меньше потери на просачивание и испарение, поэтому на таких склонах в обшрм больше и рельефообразующее значение потока. Влияние рельефа земной поверхности'на дефляцию сложно и многообразно. С одной стороны,характер рельефа является одним из из определяющих условий возникновения и интенсивности дефляционных процессов,с другой-дефляция, будучи одним из экзогенных факторов рельефообразования,активно воздействует на поверхность. Дефляционный процесс осуществляется под влиянием ряда факторов: напрвленно-го движения воздушных потоков,их скорости,повторяемости,температуры и влажности воздуха,свойств грунтов и их состава (механического, агрегатного, структурного и химического)¡состояния поверхности грунтов,степени и устойчивости их шероховатости; особенностей рельефа; расположения склонов по отношению к ветрам. Роль капель в разрушении поверхностного покрова большая.особенно в аридных областях. Механизм разбрызгивания изучен еще недостаточно. Многие исследования были направлены на изучение характера отделения частиц под действием ударов капель дождя и переноса этих частиц. По данным Р. Дж. Райса (1980) диаметр капель обычно колеблется от 0,5 до 7мм, а их конечная скорость меняется от менее 1 до более 9м/с. Из этих цифр видно,что инерция движения отдельных капель весьма различна и что сильная гроза-потенциально гораздо более эффективный эрозионный агент по сравнению со слабыми осадками. Дождевые капли намного увеличивают транспортирующую способность склоновых потоков, возбуждая в них ударные волны и добавочную турбулентность (Маккавеев, 1971). Действенность капельной эрозии очень сильно зависит от плотности растительного покрова. Своего максиму)« она достигает на культивирует ничем не защищенных почвах, а также в пустыне.

Данных о механизме процессов капельно-ветровой эрозии практически не имеется. Не тем не менее Н. И. Мзккав»?ев (1955) указывал, что ветер оказывает г.аметное влияние на перемещение наносов. Порыгы ветра подхватывают всплески волн с поверхности потоков,образуя

своеобразную "поземку" из загрязненных капелек воды, несущихся клубящимися облаками на высоте до 1-1,5 м над земной поверхностью, Если капли падают вертикально, то они приближаются к поверхности склона под углом, и в соответствии с законами отражения преобладающая часть материала,выброшенного из воронки,направится вниз по склону. На траектории капель большое влияние оказывает ветер, нередко значительно отклоняющий их от вертикали, и тогда материал перемешаться и вверх по склону.

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ' МЕТОДОВ К ПРИЕМОВ ОЦЕНКИ ППС

Для получения количественных характеристик ПГЮ мы остановились на тех методах, которые могут быть применены для решения данной задачи. Среди существующих методов полевых измерений параметров ППС в естественных условиях мы выделяем: 1. Методы измерения мощности слоя сноса и аккумуляции. К ним относится метод реперов или метод стержней. Он является одним из наиболее широко распространенных методов. На различных элементах рельефа репер одним концом забивается в грунт,другой его конец выступает над поверхностью земли. Разность между повторными замерами высоты выступающего конца репера представляет собой Величину аккумуляции, если высота свободного конца репера уменьшается, и величину сноса, если она возрастает. ФитоиндикационныЯ метод позволяет оценить величину и скорость ПГО на различных элементах рельефа за время от нескольких сотен лет. Он основан на измерении обнаженной части корня многолетнего растенияот земной поверхности до корневой шейки и последующем определении возраста растения. 2. Мэтоды,улавливающие снесенный материал. Сущность этих методов состоит в измерении объема или массы материала,снесенного в результате действия экзогенных процессов и накопившегося на каком-либо элементе рельефа (или искусственном уловителе). Для определения скорости процесса необходимо знать площадь поверхности, с которой происходит снос и время, за которое это произошло. 3 Методы,основанные на измерении переноса материала,относительно защитных покрытий и прокрашенных склоновых створов. Измерение перемещений относительно защитных покрытий применяется для оценки интенсивности эолового развевания, речной и почвенной эрозии и др. С этой целью одна часть опытной площадки покрывается защитным покрытием, другая,оставаясь открытой,подвергается действию изучаемого процесса. Через определенные промежутки

времени замеряется понижение открытой части относительно покрытия. Метод прокрашенных склоновых створов применяртся при измерении скорости движения грубообломочного материала та поверхности осыпей и курумов. Сущность его заключается в измерении смещений отдельных обломков,размешенного параллельно склону. Среднее из смещений отдельных обломков служит мерой скорости процесса с учете« времени. 4. Археологический метод. -?тот метод обладает большими возможностями для оценки скорости ШО за длительное время. Объектами изучения являются рельеф и коррелятные отложения, вмещающие археологический материал,а также формы рельефа и сооружения,созданные древним человеком. Здесь документальное доказательство рассматривается скорее как геоморфологическое, нежели стратиграфическое. При погребении сооружений удается определить мощность и объем продуктов аккумуляции, что позволяет использорать эти данные для расчета скорости аккумуляции и денудации.

Описанные методы измерения параметров экзогенных процессов либо локальны-точечны (реперы,фитоиндикационный),либо интегральны по площади и времени (ловушки), поэтому трудно, а иногда и невозможно, проследить пространственно-временную динамику процессов на больших площадаях. Для изучения количественной характеристики ППС на значительных площадях применительно к аридным условиям нами был разработан новый метод избыточной поверхностной концентрации обломочного материала (ИПКОМ) (Переслегина,1985).0н основпн на известном свойстве П1Ю выносить мелкие и пылеватые фракции в первую очередь. При этом,крупный обломочный материал,входящий в состав грунта, остается на поверхности. По разности концентраций обломочно-* го материала определенных фракций на' поверхности и в глубинных слоях,не затронутых механической эрозией,несложно вычислить мощность снесенного слоя материала. Статистическая обработка информации происходит автоматически при отборе проб по фракциям.

В работе рассматриваются некоторые математические модели,которые используются для получения количественных характеристик процесса ППС. Так,по имеющимся предложениям по количественной оценке смыва почвы, Г. И. Швебс (1974) условно подразделяет на: 1) метод балльной оценки;2)сравнительный метод;3)эмпирические зависимости и 4)гидромеханический метод. Указанные методы представляет собой эмпирические зависимости,выражаемые уравнениями,используемими дл/. прогнозирования средних потерь почвы с полей в условиях определенного сочетания системы землепользования и организации произведет-

ва. Однако они не отвечают потребностям в детальной модели, отражающей потери почвы как динамического процесса.

Оценка скорости капельной эрозии. Характер и воздействие процесса дождевого разбрызгивания зависят от соотношений мевду характеристиками дождевых осадков.и свойствами грунтов. Критическими показателями дождевых осадков являются их продолжительность и интенсивность .масса довдевой капли,её размер и конечная скорость. Ре Р1оеу (1969,1970) экспериментально вывел эмпирическую формулу для оценки количества материала,переносимого по склону в результате разбрызгивания при довде определенной интенсивности. Попытки определения скорости перемещения материала ветром делаются многими исследователями. Значительная часть наиболее важных работ по исследованию дефляции применима только к конкретным условиям.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПГВ

Исследование ППС проводилось на стационарных,полустационарных участках и при маршрутном обследовании. Измерения проводились в следующих районах Средней Азии и Казахстана: склоны предгорий Нейтрального Копетдага,юго-западное побережье озера Иссык-Куль.адыры в районе Южной Дерганы,Кендирли-Каясанское плато,северное побережье озера Балхаш,хребты Белесенык и Нуратау.

Вышеназванные районы характеризуются засушливым климатом, малым количеством осадков. Максимум осадков приходится на весенне-осениий период. Склоны, на которых проводились измерения сложены рыхлыми отделениями.

На стационарных участках (Центральный Копетдаг и юго-западное побережье озера Иссык-Куль) для получения количественной оценки ПГО использовался метод реперов. В Центральном Копетдаге процесс ПГО изучался по б профилям теодолитом ТТ-50 и мерной металлической лентой. Два профиля заложены в 1966г., четыре - в 1968г. на склонах северной, юго-восточной и восточной экспозиций. Ш всему профилю склона были забиты от 10 до 24 металлических реперов на глубину от 1 до 2м. Измерения проводились ежегодно в близкие сроки. На юго-западном побережье озера Иссык-Куль были заложены три профиля. Два профиля северной и восточной экспозиции расположены на склонах одного холма,сложенного лессовидным суглинком. Третий профиль заложен на другом холме,на склоне северо-западной экспозиции. Многолетние наблюдения показали, что в естественных условиях пере-

- о -

мешение рыхлого материала по поверхности происходит неравномерно во времени и пространстранстве. На один и тех же участках в разное время происходит то снос,то аккумуляция материала. Таким образом процесс ППС имеет сложный волнообразный характер.

Фитоиндикационный метод применялся нами для определения количественной оценки ППС за более долгий промежуток времени. Он был использован во всех вышеперечисленных районах. Для анализа использована древовидная солянка (Salsola reg-ida, Salsola brach lata)-многолетнее растение с мощно развитой корневой системой. Измерения проводились на склонах разной экспозиции,крутизны, литологии. На различных участках профиля склона закладывались площадки размерами 3x3 м,5хбм или 10x10 м. Средняя величина сноса подсчитывалась по формуле Н- L cos.-í-, где L. -средняя длина обнаженного участка корневой шейки, мм; у. - крутизна склона. По годичным кольцам на срезе корневой шейки определяли возраст растения. Зная средний возраст и общую величину сноса рассчитывали по формуле v-H/T скорость сноса, где Н-средняя величина сноса,Т- возраст растения. Результаты измерений показали,что на подгорной равнине наибольшие скорости сноса наблюдаются на склонах северной и западной экспозиций,сложенных супесью и пылеватой супесью. В районе предгорий Кызыл-Эшме высокая скорость сноса наблюдалась на склонах южной экспозиции. В отличие от подгорной равнины, интенсивный снос в данном районе происходит не только из-за большой крутизны, но и за счет того,что они сложены песком,который как известно из-за отсутствия структурных связей, подвержен быстрому размыву и сносу. Результаты измерений на склонах при маршрутных обследованиях районов Кендиоли-Каясанское плато,хребтов Белесеньк и Нуратау, показали, что снос материала происходит неравномерно. На одних склонах максимальная величина сноса наблюдается в верхней части склона (хр. Белесеньк,склон северо-западной экспозиции;хр. Нуратау),на других склонах-в нижней части склона (Кендирли-Каясанское плато;хр.Белесенык, склон восточной экспозиции). Примечательно,что средняя величина и скорость сноса очень близки для участков,которые характеризуются сходными климатическими условиями,литологией.

На юго-западном побережье озера Иссык-Куль для получения количественных характеристик ППС были применены природные ловушки и стоковые площадки. В районе залива Тон на расстоянии 40-Е0м от современного уреза озера Иссык-Куль расположен береговой вал высотой 3-4 м,протянувшийся вдоль берега на несколько сот метров. Вал ело-

- ХОжен песком, задернован и подпруживает бессточные котловины. Вода временных водотоков,попадая в эти котловины, задерживается этим валом. Затем какая-то часть воды фильтруется в грунт котловины,другая испаряется,а твердый материал вынесенный водой аккумулируется в котловине. Таким образом,котловина как бы является ловушкой для твердого стока. Были исследованы две ловушки. В одну ловушку впадают два временных водотока,в другую-три. В котловинах были заложены серии шурфов,по разрезам которых определили мощность накопленного материала. Среднюю мощность материала с водосбора рассчитывали по формуле Н-Р/3, где Р-объём накопленного материала в ловушке, Б -площадь водосбора,ь^Зная возраст образования ловушки (абсолютный возраст берегового вала,определенный радиоуглеродным методом), рассчитали среднюю скорость сноса материала по формуле Ь-Н/Т.где Т -возраст берегового вала Средняя скорость сноса материала в в одной ловушке равна 0,16 мм/год, в другой-0,3 мм/год. Измерения методом природных ловушек,конечно,носят ориентировочный характер, но тем не менее,позволяют оценить порядок скоростей за длительный отрезок времени.

Для определения скорости современного ППС были применены стоковые плопэдки. В районе юго-западного побережья озера Иссык-Куль,в предгорье Кызылчоку, на гаммаде были заложены две площадки. Одну площадку размером 10x10 м расположили на склоне южной экспозиции, крутизной 7 . С поверхности этой площадки был снят обломочный материал. Вся площадка по сторонам была окопана канавкой. По канавке, расположенной в нижней части площадки,была выстлана марля,которая задердживала твердый сток с исследуемой площадки. Каждый год на выстланной марле собирали твердый материал. Затем он взвешивался и почвенным ситом делился на фракции,которые также взвешивались. За первый год существования обнаженной поверхности (с УП 1984г.по УП 1985г. )было снесено материала 22,6кг, в последующие годы количество его уменьшалось. Так за период с УШ 1986г. по УП 1987г. с площадки было снесено материала 3,2кг, т. е. уменьшилось в 7 раз. Снос материала уменьшался за счет того, что на поверхности площадки появлялся новый обломочный материал,корка и растительность. Необходимо отметить,что масса материала,собранная на марле и отнесенная к к площади площадки, с которой происходит снос,дает величину сноса по массе с удельной площадки обнажения. Исходя из ней, с учетом времени измерения определяется экспериментальная скорость по массе, а через плотность-линейная. Расчитанная современная эксперимен-

тальная скорость сноса материала в первый год обнаженной поверхности равна по массе 0,025 г/смлгод, линейная -0,009 см/год,то в последующие годы она тоже уменьшалась,так за время с УШ 1986г. по УП 1987г. снос материала шел со скоростью по массе 0,003 г/см^год, линейной - 0,001 см/год.

Вторая площадка в виде равнобедренного треугольника была расположена на склоне северной экспозиции,крутизной 10е. Вершина треугольной площадки расположена в верхней части склона. Поверхность треугольной площадки была разделена на две равные части: с одной части был снят весь поверхностный обломочный материал, на второй - сохранена первоначальная поверхность. Вся плошадка также была окопана канавкой,по основанию треугольной площадки была выстлана марлей. Измерения показали, что в первый год существования обнаженной поверхности было снесено 2718 г материала, скорость сноса составила 0,01 см/год. В последующие годы величина и скорость уменьшались. Так за период с УШ 1986г. по УП 1987г. снесено материала 653г, скорость - 0,003 см/год. На нерасчищенной площадке снос материала меньше,чем с обнаженной. За время с УП 1985г. по УШ 1986г. с с очинённой площадки было снесено 18б4г, с неочищенной -318г.

В Шной Зергане исследования процесса ППС проходили на археологических объектах (остатки крепостного вала в районе с. Арсиф,датируемый 1У веком н.э. ¡остатки крепости в районе Каркидонского водохранилища,датируемого П веком н.э.). Измерения величины ППС проводили методом ИПКОМ. имея абсолютные датировки объектов рассчитали интенсивность процесса сноса за исторический период. Полученные данные показали,что средняя скорость сноса за историческое время у с. Арсиф составила 0,1мм/год, а у Каркидонского водохранилища - 0,08 мм/год .

Для качественной интерпретации результатов, позволяющих уточнить механизм и динамику сноса,использовали окрашенные метки на грунт. На разных участках склона выбирались площадки с поверхностной структурой типичной для всего склона в целом. На площадку накладывался шаблон с вырезанным квадратным отверстием,размером 10x10см. Пульверизатором распылялись чернила 'Радуга',что давало после снятия шаблона на грунте четкие контрастные края окрашенной площадки. На склоне закладывались две площадки. Одна плошадка закрывалась сверху фанерой,чтобы на площадку не попадали капли дождя,в то же время фанера не должна препятствовать поверхностному стоку на пло-дке. Другая площадка оставалась открытой и на неё воздействовали

все виды сноса. Полученные данные показывают,что при небольшой интенсивности дождя на открытых площадках происходило заметное размывание поверхности,а на закрытых площадках не прооисходило. В первом случае размывание поверхности происходило при слабом ветре за счет капельной эрозии,поверхностный сток отсутствовал,о чем свидетельствует закрытая площадка. На более плотных грунтах при той же интенсивности осадков наблюдались размытые поверхности как на открытых, так и закрытых площадках, что указывает на появление поверхностного стока (коэффициент фильтрации грунта в этом случае меньше, чем в предыдущем).

Для выявления роли дефляции в процессе ППС использовали метод "крашеного квадрата". В большинстве случаев интенсивность не выходила за пределы ошибки измерений. Заметна дефляция на рыхлых грунтах, типа пухлого солончака, где этот процесс проходил неравномерно. Наличие любой микротрещины и механического повреждения тонкой соляной корки на поверхности приводило к быстрому выдуванию рыхлого материала, находящегося под корочкой.

ОЦЕНКА ПШ ФИШЮ-МАТЕМАТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Нами предложен путь описания составляющих процессов ППС с помощью физико-математических моделей,основанный на факторном анализе с применением некоторых законов физики. При разработке моделей мы использовали параметры,которые трудно выразить только через физические и физико-химические константы. Эти параметры представлены в модели в виде комплексных параметров (констант).определяемых экспериментально. Такой подход,безусловно,не лишен недостатков. Очевидно, введение в расчет новых не стандартных пар.аметров потребует разработки соответствующих методов измерений. Тък; не менее при таком подходе появляется возможность провести достаточно полный количественный анализ процесса,получить основные закономерности ППС, а в будущем,по мере понимания физики процессов,возможно более детальное исследование параметров на уровне физических констант.

Разработка физической модели ППС на данном этапе возможна при некоторой идеализации процессов. Для этого исследуемый склон представлен идеальным с постоянным углом наклона. Склон сложен из однородного материала. Свойства материала изотропны по всем направлениям, в том числе и в глубину. Равномерно по всей площади склона выпадают осадки в виде дождя с интенсивностью которые являются

- ТЗ"

функцией времени. Для упрощения мы рассматриваем каждый процесс отдельно. Для расчета годового сноса материала плоскостным смывом предложено выражение г .

Ь- И^-л/л-ипл [ъ-'/сгуА-^тЦуС - 'К А'"-"/е где Ц параметр,характеризующий стойкость материала к разрушению поверхностным стоком,определяется экспериментально;^ - плотность воды,г/см; л - плотность материала,кг/м; с? -годовое количество осадков, мм; /^.-коэффициент фильтрации, м/сут; Т - суммарная продолжительность осадков; $ -ускорение свободного падения,9,8 м/с; Л -длина склона,м; ^ -коэффициент пропорциональности, зависит от состояния поверхности склона, степени задернованности; <? - экспоненциальная зависимость, Л - константа аккумуляции на склоне;^ -угол наклона склона. В реальных случаях всегда выполняется условие поэтому выражение можно упростить. Для расчета сноса материала со склона при дефляции мы предлагаем следующее выражение

и > ^■■'-.л/л. л

где {(Фа!~ функция распределения скорости ветра по склону. Определяется экспериментально; У -константа,зависит от механических сво-ств грунта, шероховатости поверхности.определяется экспериментально для каждой конкретной местности; -скорость ветра,м/с,которая изменяется во времени-,^ - плотность воздуха, кг/м; д- плотность материала,кг/м - угол наклона склона;/э -угол под которым направлен вектор скорости к склону. Величину легко можно найти при имеющихся сведениях о скорости и продолжительности ветра в исследуемом районе.Если мы имеем данные о средних скоростях ветра,тогда в пределах погрешности расчетов,величину интеграла можно найти численным суммированием X л г" где п - число дней с ветром,^- средняя скорость"ветрам^ - продолжительность действия ветра

Величину годового сноса материала на склоне за счет капельной эрозии можно записать Ь - /л -<н --/^ / а, ^ Но величина интеграла является суммарным годовым количеством осадков а .тогда можно считать, что

Следовательно гг//- ¿ел. ,где^- параметр, характеризую-

щий склонность грунта к капельной эрозии, имеет размерность длины, определяется экспериментально; с? - количество осадков, км; 6 длина склона, м;^ - угол наклона склона. ГОЮ представляет собой снос материала под совокупным действием плоскостного смыва,дефляции, капельной эрозии.Таким образом, результирующая величина снесен-

ного слоя материала может быть представлена как сумма вкладов каждого процесса А„ - 2 /?„ где Д? -величина сноса материала за счет одного из перечисленных механизмов ППС. Численные значения констант определялись путем расчета по данным полевых измерений слоя сноса В районе юго-западного побережья озера Иссык-Куль на склонах двух холмов по четырем экспозициям проводился эксперимент по отработке методики расчета. Один из холмов сложен пы-леватым суглинком и галечником, высота его 27 м.

Из полученных данных отчетливо виден максимум сноса на определенном расстоянии от вершины холма Ь,№, .Рассчитанное значение па^.*-метра дало для четырех склонов близкие величины. Это подтвердило, что параметр Л является константой для данного холма. Аналогичные измерения величины сноса были проведены на другом холме,который сложен супесью и галечником. Сохраняется как и в предыдущем случае закономерность сноса,т. е.снос на вершине холма идет,в основном,за счет дефляции и капельной эрозии,а на склонах заметный вклад дает смыв поверхностным стоком.

Определение величин плоскостного сноса и параметров его были выявлены также на двух археологических объектах Фергансской долины. Здесь прослеживаются закономерности,аналогичные общему характеру развития процесса сноса на объектах юго-западного побережья озера Иссык-Куль. Известный абсолютный возраст объектов позволил найти константы смыва и капельной эрозии/-- .Рассчитанное значение параметра получилось одинаковым в обоих случаях, что подтверждает постоянство параметра . Но параметр во втором случае получился больше. Полученные параметры ^ и ориентировочные. Более точный расчет возможен при более детальном изучении метеорологической обстановки за датируемый период. Измерение констант плоскостного сноса также было проведено фитоиндикационкьм методом. Полеченные значения у;, и ,«-очень близки для данного холма и практически не зависят от угла наклона и экспозиции склона. Поэтому их можно считать константами для данного холма. Такие же расчеты были выполнены для района Центрального Копетдага, где величина ППС измерялась методом реперов.

Выводы

В результате проведенного исследования установлено следующее: Существующие способы непосредственного измерения слоя сноса материала и его интенсивности как в целом,так и по отдельным элемента-

рным процессам,обладают одним общим недостатком- точечностью изме-* рений, чем объясняются трудности перенесения полученных данных на большие площади, а) Метод реперов оказался мало пригодным для исследования ППС в аридных и семиаридных районах,поскольку измерения в локальной точке поверхности передают микроструктуру процесса сноса и мало дают информации о макроструктуре процесса на площади; метод требует стационарных наблюдений по крайней мере за несколько лет,что не всегда возможно, б)Фитоиндикационный метод не требует ■ стационарных измерений и сравнительно прост. Он имеет достаточно надежную датировку.Недостатком,как и в предыдущем случае.является локальность измерений. Процесс сноса в непосредственной близости от от растения-индикатора может заметно отличаться от общей картины сноса. ИЙ-за высокой разреженности растительного покрова в аридных областях возможность применения метода ограничена.

Фитоиндикационным методом получают среднемноголетние данные, а методом реперов -срочные. Последние при коротких рядах наблюдений носят случайный характер. При их использовании нет точки отсчета, позволяющей определить,в какой стадии находится процесс сноса материала на склоне - активизации или затухания. Для этого необходимо сравнение со среднемноголетними данными. Поэтому важна роль методов, позволяющих получить среднемноголетние данные,которые дают возможность быстрой оценки активности процесса. Таким образом,дуб-блирование срочных и среднемноголетних методов является объективно необходимым, в) Штод стоковых площадок позволяет оценить снос с с нарушенных участков поверхности,определить длину склона,на которой устанавливается динамическое равновесие между смывом и аккумуляцией. Метод дает богатую информацию о подвижности разных фракций на склоне,позволяет определить современную скорость ППС. Недостатком метода является нарушение естественного состояния склона,а отсюда искажение количественной оценки сносимого материала, г) Метод "природных ловушек" хотя и имеет ограниченное применение из-за сложности обнаружения подходящего природного объекта,но дает информацию об абсолютной величине сноса за длительный промежуток времени.

г. Для получения количественных характеристик ППС на больших площадях применительно к аридным областям нами разработан и апробирован метод избыточной поверхностной концентрации обломочного материала (ИПКОМ). Он может быть применен в тех районах,где имеются каменистые поверхности. М?тод ИПКОМ не требует стационарных наблюдений, позволяет вести измерения как на горизонтальных поверхностях.

так и на склонах практически любой крутизны; при достаточных размерах выбранных площадок дает хорошее статистическое усреднение результатов^ успехом может применяться при детальном исследовании перемещения материала разных фракций на значительных площадях.

3. Вклад отдельных "элементарных" процессов (плоскостной смыв,дефляция, капельная эрозия и капельно-ветровая эрозия) в суммарный процесс ПГО на холмистых участках местности неодинанаков. При горизонтальных площадках и поверхностях с малым уклоном наиболее эффективным механизмом сноса является капельно-ветровая эрозия. Дефляция существенно уступает по эффективности капельно-ветровой эрозии, что объясняется наличием на поверхности склона в исследованных районах плотной корки и обломочного материала. В привершинных частях склона существенную роль играют капельная эрозия и капельно-ветро-ровая эрозия. Смыв поверхностным стоком при малом уклоне поверхности незначителен и возможен лишь в случаях значительной интенсивности дождя,либо низкой фильтрационной способности грунта. На склонах со значительным уклоном существенно повышается роль плоскостного смыва,особенно, при значительной интенсивности дождя.

4. Разработанные автором модели плоскостного смыва, дефляции,капельной и капельно-ветровой эрозии позволяют выявить основные закономерности развития процесса как на склонах, так и на горизонтальных площадках в зависимости от гидрометеорологических условий и морфологии склона. Введение комплексных пар метров,характеризующих сложные для количественного описания свойства почвогрунтов и состояния поверхности,экспериментально измеренные в разных районах и практически не меняющиеся по длине однородного склона,позволяет с помощью моделей количественно оценить активность сноса.

5.Снос материала со склона прерывист во времени и пространстве. Измерения,проведенные методом реперов,показали, ч;о участки сноса соседствуют с участками временной аккумуляции и транзита наносов. На участках аккумуляции и транзита наносов процесс ППС не происходит до тех пор,пока на данном склоне сохраняется пространственное соотношение между участками с разной Функциональной направленностью, т. е. пока зона сноса и аккумуляции не поменяются местами.

Процесс ППС неравномерно активен во времени и пространстве. Количественные характеристики,полученные фитоиндикационным методом,показали различную интенсивность ППС в предгорье и на подгорной равнине юго-западного побережья озера Иссык-Куль. В первом случае развивается рельеф типа "бедленд" и зафиксирована большая скорость

сноса,на подгорной равнине,где поверхность защищена обломочным материалом, коркой, скорость меньше.

Процесс ППС протекает с разными скоростями, т. е. он неравномерен во времени. Количественные оценки, полученные на "стоковых площадках" подтверждают этот тезис. Быстро и активно процесс ПГО проходит на первом году нарушенной поверхности, впоследующие годы,по мере появления на поверхности корки,обломочного материала,скорость замедляется.

В целом, роль процесса ППС выражается в преобразовании лишь микрорельефа порерхности в период медленного эволюционного развития рельефа. Это подтверждают количественные характеристики ППС, полученные наш за разные отрезки времени (от нескольких лет до тысячи лет). Существенные изменеия могут произойти лкиь тогда,когда изменится тектонический режим, либо произойдет изменение климатических условий,а так?® в случае активного хозяйственного освоения территории.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Оценка скорости плоскостного сноса по обнаженным корням растений. //Геоморфология. -1982. -И 2.-С. 79-83.

2. Количественная оценка плоскостного сноса на склонах предгорий Центрального Копетдага (на примере Ашхабадского полигона). //Геоморфология.-1984.-Ы 1.-С. 74-79. (совместно с С. Т. Тагиевым).

3. Географо-геоморфологические методы изучения плоскостного сноса в семиарвдных и аридных районах (на примере предгорий Средней Азии).//Современное экзогенное рельефообразование, его изучение

И прогноз. -М. 1984. - С. 129-138.

4. Количественная оценка плоскостного сноса методом избыточной поверхностной концентрации обломочного материала. // Геоморфология.

-1985.-М 1. - С. 95-100.

5. Плоскостной снос и его связь с природными факторами. - Тез. докл. на ХУШ пленуме Геоморфологической комиссии. Тбилиси. -1986. с.

6. Некоторые закономерности динамики плоскостного сноса в аридных условиях. Тез. докл. на всес. науч. конф.: "Комплексное изучение и освоение пустынь ССР. Ашхабад.-1986. с.

7. Исследование плоскостного поверхностного сноса в аридных районах Средней Азии (методы и результаты)Лез. докл. на XIX пленуме Геоморфологической комиссии. Казань - 1988. - с. 107.

8. Количественные методы определения интенсивности современной денудации северного склона Алайского хребта. Тез. докл. на XIX пленуме Геоморфологической комиссии. -Казань. -1988. с. 67-68. (совместно с Л. С. Кожановой).

9. Интенсивность современной денудации северного склона Алайского хребта.//Геоморфология.-1988.-Ы 4.-С. 49-54. (совместно с Л. С. Курбатовой).

10. Исследование плоскостного поверхностного сноса в районе юго-западного побережья озера Иссык-Куль. //Геоморфология. - 1990. -N3 -С. 90-99.