Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Процессы овражной эрозии в сухостепных ландшафтах северных предгорий Заилийского Алатау

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Процессы овражной эрозии в сухостепных ландшафтах северных предгорий Заилийского Алатау"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ - АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

п г г> л п На правах рукописи

ПО ОД

УДК 551.4 (574)4-551.31 (574)

УЛЬМАН АЛЕКСАНДР АБРУМОВИЧ

ПРОЦЕССЫ ОВРАЖНОЙ ЭРОЗИИ В СУХОСТЕПНЫХ ЛАНДШАФТАХ СЕВЕРНЫХ ПРЕДГОРИЙ ЗАИЛИЙСКОГО

АЛАТАУ

11.00.01 - Физическая география и геоморфология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

АЛ МАТЫ -

1996

Работа выполнена на географическом факультете Казахского государственного национального университета им. Аль-Фараби

Научный руководитель: — доктор географических наук, заслуженный деятель науки Казахстана, профессор

М.Ж.Жандаев

Официальные оппоненты:

— доктор географических наук, профессор

— доктор географических наук

А.П.Горбунов Д.П.Позднышева

Ведущая организация: кафедра картографии и геоморфологии горных стран Киргизского государственного университета

Защита состоится "25 июня" 1996 г. в 1300 часов на заседании специализированного совета Д 53.15.01 по защитам диссертаций на соискание ученой степени кандидата географических наук при Институте географии МН-АН РК.

Адрес: 480100, г. Алматы, ул. Ч.Валиханова, 94, ауд. 83

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного совета Д 53.15.01 по адресу: 480100, г. Алматы, ул. Пушкина, 99. Институт географии МН-АН РК.

Автореферат разослан мая 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

С.К.Ахметов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Северные предгорья Заилийского Алатау находятся в сухостепной зоне юго-восточного Казахстана. На протяжении столетий эти территории являются местом активной хозяйственной деятельности человека, что обусловлено их благоприятными природными условиями. Вместе с тем, физико-географические особенности предгорий Заилийского Алатау таковы, что усиление антропогенной нагрузки способствует формированию неблагоприятных экзогенных процессов и, в частности, процессов овражной эрозии. До настоящего времени процессы овражной эрозии в пределах исследуемого региона изучались с разных позиций и с разной полнотой охвата факторов.

Возможность дальнейшего освоения предгорных территорий, сохранение экологической устойчивости геосистем диктуют необходимость разработки принципов комплексного анализа и учета природных компонентов, определяющих эрозионный потенциал.

Основная цель работы - изучить динамику процесса овражной эрозии, определить эрозионный потенциал северных предгорий Заилийского Алатау и установить степень влияния основных физико-географических компонентов на данный показатель.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

а) выявить общие закономерности пространственного распространения процессов овражной эрозии;

б) изучить интенсивность эрозионного процесса в наиболее характерных участках региона;

в) составить специальные карты, характеризующие влияние физико-географических условий на развитие процессов овражной эрозии;

г) модифицировать методы картографо-математического анализа овражной сети;

д) провести анализ взаимосвязи между физико-географическими факторами и процессом овражной эрозии;

е) дать оценку эрозионного потенциала северных предгорий Заилийского Алатау;

ж) разработать рекомендации по проведению противоэрозионных мероприятий.

Объект исследования - эрозионные процессы и формы рельефа сухостепных ландшафтов северных предгорий Заилийского Алатау.

Фактический материал получен автором в ходе полевых работ, проведенных в составе комплексных экспедиций Казахского государственного университета в 1987-1993 гг. по госбюджетной теме кафедры геоморфологии, а также в результате полустационарных полевых наблюдений на реперных участках в 1991-1994 гг. по изучению динамики как микроручей-ковой, так и овражной сети. Значительный по объему материал получен при дешифрировании эрозионной сети по аэрофотоснимкам (на площади свыше 3000 км2) и топографическим картам за различные годы. Автором составлена база данных количественных показателей физико-географических факторов эрозионного потенциала, включающая в себя 23949 точек сканирования.

Использованы также справочные и фондовые материалы ЮКГУ, КазИМСа, ИГН HAH PK и литературные источники.

Научная новизна работы.

- Впервые дана количественная оценка природных факторов, определяющих развитие овражной эрозии.

- Установлены закономерности дифференциации эрозионного потенциала в соответствии с региональными природными условиями.

- Определен эрозионный индекс осадков и составлена Карта кинетической энергии дождей северных предгорий Заилийского Алатау.

- Получены данные о годовой и многолетней динамике эрозионных форм.

- Впервые составлена картографическая модель густоты овражно-балоч-ного расчленения северных предгорий Заилийского Алатау (масштаб 1:200000).

- Применены принципы пространственно-временного анализа для типизации оврагов предгорий.

- Разработана методика картирования потенциально эрозионно-опас-ных земель применительно к сухостепным ландшафтам северных предгорий Заилийского Алатау.

- Проведено районирование территории региона по комплексному показателю - эрозионному потенциалу, учитывающему количественные параметры ПТК, составлена соответствующая Карта потенциальной эрозионной опасности северных предгорий Заилийского Алатау.

- Обоснованы региональные принципы фито-гидромелиоративных ме-

тодов предупреждения и борьбы с овражной эрозией.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Классификация овражной сети, основанная на учете пространственно-временной изменчивости и доминирующих процессов формирования.

2. Крутизна склонов и энергия рельефа являются определяющими природными факторами развития процессов овражной эрозии в пределах северных предгориий Заилийского Алатау.

3. Эрозионный потенциал — комплексный показатель эрозионной опасности, учитывающий взаимодействие основных факторов оврагообразования и позволяющий оценить и прогнозировать процесс овражной эрозии.

Практическая значимость. В результате исследований определен эрозионный потенциал аридных предгорий Заилийского Алатау и его зависимость от природных условий. Выявленные закономерности могут быть применимы для аналогичных территорий. Полученные результаты могут использоваться при геоморфологическом районировании для оценки и прогноза эрозионного расчленения территории, для целей рационального природопользования. Картографические материалы, особенно карта потенциальной эрозионной опасности, могут быть использованы при составлении генеральной схемы комплексных мероприятий по борьбе с линейной эрозией с учетом природно-территориальных различий. Установленные закономерности и фактический материал, в особенности база данных ПТК, позволяют расширить научный поиск и выявить экзогенный потенциал северных предгорий Заилийского Алатау, а также могут быть использованы для прогноза эрозионного потенциала с учетом антропогенных факторов оврагообразования.

Публикации и апробация работы.

Основные положения работы доложены на конференции молодых ученых КазГУ (Алма-Ата, 1988), на конференции "Эколого-географическое картирование и оптимизация природопользования Сибири" (Иркутск, 1989), на научной конференции "Рациональное природопользование горных стран" (Бишкек, 1991), на Всесоюзной конференции "Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика" (Москва, 1991), итоговых научных конференциях Казахского государственного национального университета (1989-1994). Полученный в ходе научного исследования материал использовался при разработке кафедрой геоморфологии КазГУ госбюджетной темы "Неблагоприятные рельефообра-зующие процессы предгорных территорий юго-восточного Казахстана".

Отдельные положения диссертации также внедрены в учебный процесс на кафедре

геоморфологии КазГУ, в частности, разработаны спецкурс "Математическое моделирование геоморфологических процессов" и три раздела в курсе "Динамическая геоморфология".

По теме диссертации опубликовано три статьи и четыре тезиса к докладам, написан раздел в отчете по госбюджетной теме кафедры геоморфологии и в монографии "География Алматинской области" (находится в печати).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 149 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 19 таблиц и списка литературы из 150 наименований.

В работе использованы термины и понятия из теоретических работ Д.А.Арманда, М.Ж.Жандаева, М.Н.Заславского, Г.А.Ларионова, С.С.Соболева, Г.И.Швебса и др.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

I. Сбор фактического материала - полевые экспедиционные, полустационарные и стационарные исследования, а также анализ опубликованных материалов. Интенсивность роста оврагов устанавливали по методике С.С.Соболева (1948) и М.Н.Заславского (1980). Возраст некоторых эрозионных форм определялся с помощью дендрохронологической методики (Маурашвили, 1985). При картографировании густоты овражно-балочного расчленения применялась круговая палетка-плотномер (Червяков, 1979), подсчет проводился по крупномасштабным картам 1:10000, 1:25000 и в некоторых случаях 1:50000 масштаба.

II. Обобщение и систематизация полученных данных. На данном этапе автором исспользовались следующие методы:

а) картографические - при составлении карт факторов эрозионного процесса применялись способы картографического изображения: картограмм, изолиний, качественного фона, линейных знаков. Необходимо отметить, что отдельные тематические карты были составленны впервые или существенно дополнены и изменены;

б) информационные - составлен банк данных свойств ПТК; составлены исходные информационные матрицы.

III. Выявление эмпирических закономерностей и построение картографических моделей эрозионного процесса. В основу этого этапа работы

легли: информационно-логическая методика (Пузаченко, 1969) по выявлению взаимосвязей между явлением (в нашем случае это густота овражно-балочного расчленения) и факторами, его обусловливающими; метод взвешенных баллов - для определения эрозионного потенциала территории; методы изолинейного моделирования изучаемого процесса.

Информационно-логический анализ состоял из двух этапов. Первоначально определялись коэффициенты коллигации, или, иначе говоря, коэффициенты наибольшего правдоподобия - "С", между частными классами явления и ступенями факторов. Затем непосредственно подсчитывались коэффициенты информационной связи - "КГ, которые использовались в дальнейших расчетах как вес фактора в эрозионном потенциале. Все расчеты вышеуказанных показателей проводились на ЭВМ, программное обеспечение было подготовлено автором совместно с техником-программистом Е.Д.Трубицыной. Полученные характеристики информационных связей позволили составить картографическую модель эрозионного потенциала района исследования.

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРОЦЕССОВ ОВРАЖНОЙ ЭРОЗИИ

Важным показателем, определяющим эрозионную опасность той или иной территории, является динамическая характеристика линейных эрозионных форм. Однако прежде, чем непосредственно перейти к описанию полученных в ходе исследования морфометрических и динамических характеристик оврагов, необходимо было решить некоторые методологические вопросы, в частности, вопрос систематизации линейных эрозионных форм рельефа. Автором были проанализированы классификации оврагов, предложенные С.С.Соболевым (1948), М.Ж.Жандаевым (1963), Д.Л.Армандом (1972), и др.

Нами предложена классифиация овражной сети, учитывающая пространственно-временную изменчивость и доминирующие процессы формирования оврагов. Основными классификационными критериями являются: направленность процесса эрозии, продолжительность развития (стадийность), морфометрические показатели, преобладающий процесс формирования. За основные таксономические единицы классификации приняты — класс, тип и подтип (табл. 1).

Для выявления динамики эрозионных форм рельефа нами исследовано

63 оврага, расположенных в различных ландшафтных подзонах. Изучение эрозионных форм проводилось как в полевых условиях, так и в камеральных с использованием карт и АФС за различные годы съемки.

Таблица 1

Классификация оврагов

Класс Тип Подтип

Растущие овраги Овраги, имеющие прирост вершинной части Преимущественно за счет флювиальных процессов

Овраги, имеющие увеличение глубинной части За счет флювиальных процессов За счет суффозионных процессов - пайпинг

Овраги, имеющие увеличение количества и длины боковых отвершков Преимущественно за счет флювиальных процессов

Стареющие овраги (зарастающие) Овраги, зарастающие от устья к вершинной части Заполнение за счет пролювиальной аккумуляции

Овраги, зарастающие по всей площади Заполнение за счет делю- виально-коллювиальной аккумуляции

В результате анализа форм овражного расчленения выявлены определенные закономерности в особенностях их морфологии, морфометрии, направленности роста и планового рисунка. На основании этих данных и разнообразия литологического строения выделено 25 сочетаний оврагов (табл. 2)

Для характеристики пространственной изменчивости эрозионного процесса используются различные показатели, одним из них является густота овражно-балочного расчленения (км/км2).

На составленной нами карте густоты овражно-балочного расчленения масштаба 1:200000 выделены четыре категории территорий, характеризуемые разными величинами этого показателя:

1. Слабо пораженные земли - густота эрозионного расчленения от 0 до 2 км/км2, в пределах исследуемой территории занимают площадь в 2492 км2.

2. Умеренно пораженные земли - густота овражно-балочного от 2 до 4 км/км2, занимают 1414 км2.

3. Земли с высокой степенью пораженности - густота линейного расчленения от 4 до 8 км/км2, занимают 1272 км2.

4. Сильно пораженные земли (бедленд) - густота овражно-балочного

Таблица 2

Зависимость типоа оврагов от литогенной основы.

литология ТИП ОВРАГА Ч ЛЕССОВИДНЫЕ СУГЛИНКИ ТЯЖЕЛОГО И СРЕДНЕГО СОСТАВА А ЛЕССОВИДНЫЕ СУГЛИНКИ ЛЕГКОГО СОСТАВА к СУПЕСЧАНЫЕ ГРУНТЫ ПЕСЧАНО-СУГЛИНИСТЫЕ ГРУНТЫ С ПРОСЛОЯМИ и ЛИНЗАМИ ГАЛЕЧНИКА г ВАЛУННО-ГАЛЕЧНИКОВЫЕ ГРУНТЫ Д

ОВРАГИ, ИМЕЮЩИЕ ПРИРОС ВЕРШИННОЙ ЧАСТИ V и 1__1 • 1.-20-10 м. Г . ■ . . Н-3-5 м ■. ' 1 . ', ' «»1.5-20« ; " " ' $г»0,5-30 м/год , с/ V 1.-5-10 м Н=0.б-О.9 м <*=0.5 м 5г»0.5 м 51=0.2-1 м/год V 1_I 1*10-1009 М Н=0.1-Э м <3=0.8-1 м Бг=0.5 м/год Ь=5-20 м реже более 100 м Н—5-10 и й-1-5 м $г=0.2-1 м/год 1»«М0О и бопее м . Н~5-25 м ¿«10-30 м 5г»0.5-4 м/год )

ЭВРАГИ. ИМЕЮЩИЕ УВЕЛИЧЕН« ГЛУБИННОЙ ЧАСТИ ЗА СЧЕТ ПЛЮВИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ □ Нг-о.1-3 и ;•:.; Н-З-2 'м . $1«0Л1-1 »/год. .... м/год 1 ^ ^ V Нг=0.05-0.5 м 51-0.5-0.7 м/год X/ Т—Г 5^0-02-0.5 м/год ^ V ,. Нг-0.1-3.5 м ' 31=0,05-0.5 М/год Нг«0.5-4 м в^О.Б м/год

ЭВРАГИ, ИМЕЮЩИЕ УВЕЛИЧЕНИЕ г/УВИННОЙ ЧАСТИ ЗА СЧЕТ Л'ФФОЗИОНИЫХ ПРОЦЕССОВ Ш Встречаются очень редко и«30-50« .'". , /-Ч '., «»«-го«. ли' : 5г-о.г«дод, , ' Ж,"., 51-0.5-3 м/год Встречаются очень редко не выявлены не »ыя»лены

ЭВРАГИ, ИМЕЮЩИЕ УВЕЛИЧЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА И ДЛИНЫ БОКОВЫХ ОТВЕРШКОВ IV 1' • 1.1—5-100 м . чр- н-0.5-20и.',' ,11-0.5-15 и . 1_г=1-5 м ( ) Н=0.1-0.5 м Зг=0.2 м/год 51=0.5-3 м/год |.г= 10-20 м т » м

СТАРЕЮЩИЕ ОВРАГИ V Н=3-15 м а-30-35 » 1=0.1-5 град. не выявлены 1=3-10 грая- ■ , не выявлены не выявлены

1_ - длина; иг - длина боковых отвершков; Н - глубина; с) - ширина; Нг - значение переуглубленной части; I -крутизна тальвега; Эг - скорость регрессивной эрозии; - скорость донной эрозии; " наиболее характерные сочетания.

расчленения более 8 км/к^, в пределах исследуемого района занимают почти 70 км2.

ОЦЕНКА ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОВРАГООБРАЗОВАНИЯ

Анализ литературных источников, результаты собственных исследований свидетельствуют, что в процессе оврагообразования участвуют все физико-географические факторы. Количественный анализ взаимосвязи позволил выявить среди них ведущие для изучаемой территории.

I. Геоморфологические факторы. Основными типами рельфа исследуемой территории являются аккумулятивные равнины предгорий и низкого-рий. Важнейшими характеристиками, определяющими эрозионную опасность рельефа, являются морфометрические и морфографические показатели элементов: крутизна, длина, форма склона, а также положение базиса эрозии.

Из всех вышеперечисленных морфометрических показателей рельефа наиболее значимыми являются крутизна склона и величина энергии рельефа (ЭР), под которой мы понимаем превышение точки (участка) над региональным базисом эрозии.

На исследуемой территории автором было выделено семь энергетических ступеней в пределах абсолютных высот от 400 до 1100 метров. Минимальные гипсометрические величины - 400-500 м над уровнем моря характерны для первой ступени - ЭР от 0 до 100 м. Именно здесь находится основной базис эрозии - р.Или и Капчагайское водохранилище. Описываемая ступень занимает 556 км2 и характеризуется минимальными значениями эрозионного расчленения, с коэффициентом колпигации 1,87 (табл. 3). Более интенсивный по густоте расчленения (2—4 км/кк?) второй класс явления встречается здесь реже.

Вторая ступень охватывает абсолютные высоты от 500 до 600 м (ЭР от 100 до 200 м). Для нее также характерны малые величины эрозионного расчленения, коэффициент коллигации 1,59 единиц присущ только для первого класса явления. Однако, в отличие от первой гипсометрической ступени, на второй имеют место и более высокие классы явления.

Первую и вторую ступени можно объединить в единый гипсометрический блок, для которого типичны минимальные параметры линейного расчленения.

и

Отличительной чертой третьей ступени является вероятность встреч более высоких показателей эрозионного расчленения. Максимальный коэффициент правдоподобия, равный 1,32 единиц, присущ второму классу, густота овражной сети 2-4 км/км2.

Таблица 3

Зависимость распределения густоты овражно-балочного расчленения от

энергии рельефа

Фактор Энергия рельефа Явление — густота овражно-балочного расчленения (км/км!) Сумма РЬк ТАЬк

Гипсометрия (ступени) к л а с с и

от Одо 2 от2 до 4 от4 6 от§ до 8 от 8до10 боле« 10

0 -100 м 400-500 м 122 С=1.В7 17 139 0.052 0.07

100 - 200 м 500600 м 497 С=1.59 159 50 3 2 666 0.25 0,238

200 - 300 м 600 - 700 м 505 С = 1.07 354 С = 1.32 117 28 3 1 1008 0.38 0.122

300 - 400 м 700-800 и 106 122 135 С = 1.82 122 С = 2.46 26 С —2 501 0.188 -0.05

400 - 500 м 800-900 м 7 37 77 С —2.68 54 С = 3.06 19 С = 3.77 194 0.073 -0.00

500 -600 м 900-1000 м 12 16 51 С = 2.59 32 С = 2.75 17 С = 5.12 128 0.048 -0.01

более 600 м более 1000 м 2 9 13 С = 5.71 1 С = 1.54 25 0.009 0

Сумма 1249 707 349 242 68 1 2661 0.352

Ра1 0.469 0.266 0.148 0.091 0.026 0 1.00

К1 = 0.156

Примечание: цифры в клетках матрицы - количество встреч а, класса на Ьк ступени; С - коэффициент коллигации; Ра1 и РЬК - общая вероятность; ТАЬк - показатель информации; К1 - суммарный коэффициент информационной связи.

Четвертая, пятая, шестая и седьмая гипсометрические ступени, охватывающие абсолютные высоты от 700 до 1100 метров, можно также объединить в блок, для которого характерны достаточно высокие показатели овражно-балочного расчленения от 4 до 10 км/км2. Так, для четвертой ступени,ЭР от 300 до 400 м, типичен четвертый класс явления, густота овражного расчленения от 6 до 8 км/км2. Для пятой и шестой ступени характерны более высокие показатели, от 8 до 10 км/км2.

С увеличением абсолютной высоты (энергия рельефа от 600 м и более) овражно-балочное расчленение территории несколько уменьшается. Наиболее характерным показателем густоты эрозионной сети является 6 - 8км/км2.

Данный анализ позволил сделать следующие выводы:

- густота естественных эрозионных форм нарастает по мере увеличения абсолютной высоты и достигает максимального значения на абсолютных высотах от 700 до 1000 м;

- при дальнейшем нарастании ЭР эрозионная опасность территории несколько сокращается, что объясняется, на наш взгляд, высотной зональностью экзогенных процессов — смена эрозионных процессов на другие;

- коэффициент информационной связи между показателями эрозионного расчленения и энергией рельефа составляет 0,156 бит.

Необходимое условие для формирования стока - уклон поверхности. Исходя из выбранной градации - два градуса, на изучаемой территории было выделено шесть "градусных" ступеней.

Первая из этих ступеней охватывает участки с крутизной склонов от 0 до 2 Многие исследователи эти величины углов наклона называют порогом эрозии, и это положение оправдывает себя. Так, в нашем случае для территории с данной крутизной склонов характерны наименьшие значения эрозионного расчленения - от 0 до 2 km/kn?,

С увеличением крутизны резко возрастает и эрозионная опасность. Так, для второй и третьей ступени (углы наклона от 2 до 6°) наиболее типичным является показатель эрозионного расчленения от 8 до 10км/кмг. При дальнейшем возрастании углов наклона наблюдается некоторое уменьшение густоты овражно-балочного расчленения в связи со сменой эрозионных процессов на другие.

Информационная связь между значениями крутизны склонов и густотой овражно-балочного расчленения составляет 0,269 бит.

II. Литология покровных отложений. Особенностью геологического строения северных предгорий Заилийского Алатау является наличие мощного, более 100 м, покрова кайнозойских отложений различного генезиса, которые практически повсеместно перекрывают более древние по возрасту геологические породы. Широкое распространение на исследуемой территории данных отложений и предопределило тот факт, что более поздние отложения палеозоя и мезозоя нами при анализе не рассматривались.

В пределах изучаемого района было выделено десять литологических групп, в основу градаций которых положено учение о допустимых неразмыва-ющих скоростях (Любимов, 1982). Результаты исследований показали, что эрозионным процессам, при прочих равных физико-географических условиях,в

большей степени подвержены тяжело- и среднесуглинистые грунты. Об этом говорят не только большие значения коэффициентов колпигации, приуроченные к большим классам явления от 8 до 10 км/км2, но и максимальная априорная вероятность, характерная для этой ступени и равная 0,567 бит. Слабо-эрозионно опасными являются песчаные, щебнистые, малоразвитые щебнистые и валунно-галечниковые грунты. Характер и степень зависимости между эрозионным процессом и литологией пород, скорее всего, определяется пространственным распространением последних.

III. Эрозионный процесс на любой территории непосредственно связан с величиной и режимом атмосферных осадков. Первоначально нами было выбрано четыре эрозионно-климатических фактора, из которых только два оказались наиболее значимыми, это количество осадков за теплый период года (дождевая, капельная эрозия) и количественный показатель весенней эрозии - запасы воды в снеге на момент снеготаяния.

Количество осадков теплого периода на исследуемой территории варьирует от 78 до 500 мм. Для территорий со слоем осадков менее 100 мм характерны малые показатели эрозионного расчленения от 0 до 2 км/км2. Те же показатели эрозионной опасности, но с большим коэффициентом ко/лигации (С=1,45), типичны и для районов с количеством осадков от 100 до 200 мм -вторая ступень. С дальнейшим нарастанием по территории количества осадков происходит увеличение эрозионного расчленения.

Наибольшую информационную нагрузку, T(at^)=0,19, несет вторая ступень, где слой осадков колеблется в пределах 100-200 мм. Именно на этой ступени происходит смена первого класса явления - густота овражно-балоч-ного расчленения 0-2 км/км2 на более высокие классы. Общий коэффициент информационной связи равен 0,076 бит.

К ведущим эрозионно-климатическим показателям относится сток талых вод. Сток талых вод в основном определяется запасами воды в снежном покрове и интенсивностью снеготаяния. Характер снеготаяния имеет значение во внутригодовой динамике оврагообразования, но при рассмотрении в многолетнем аспекте воздействие этого фактора нивелируется, что позволяет не учитывать его в анализе.

Определяющее значение в развитии эрозионных процессов предгорий Заилийского Алатау имеют количественные характеристики запаса воды в снеге (ЗВС) на момент снеготаяния.

Проведенный научный поиск показал, что информационная связь между

ЗВС и характером эрозионного расчленения имеет прямую зависимость, т.е. с увеличением запасов воды в снежном покрове увеличивается вероятность встреч более высоких классов явления. Общая информационная связь, передаваемая от величины ЗВС к эрозионному расчленению рельефа, составляет 0,049 бит.

IV. Физической поверхностью, на которой происходит зарождение и развитие эрозионных процессов, является почвенный покров, обладающий рядом физико-химических свойств. В свою очередь, эти свойства почвенного покрова, и, в частности, процентное содержание гумуса определяются проективным покрытием биомассы, что в конечном итоге предопределяет интенсивность проявления эрозионного процесса.

Информационная связь между густотой овражно-балочного расчленения и проективным покрытием определена нами на отдельных репрезентативных участках, где проводились исследования биологической продуктивности. Для этих участков установлен коэффициент корреляционной зависимости между процентным содержанием гумуса и проективным покрытием, который в среднем составил 0,7—0,8 единиц, что говорит о достаточно тесной связи. Полученные данные позволили устранить косвенные связи и в дальнейшем использовать только показатель процентного содержания гумуса в почвах для определения эрозионного потенциала исследуемой территории.

Выполненный информационно-статистический анализ показал, что:

1. Характер густоты эрозионного расчленения в пределах исследуемой территории в большой степени зависит от процентного содержания гумуса в верхних почвенных горизонтах. Об этом свидетельствует достаточно весомый коэффициент информационной связи К1 = 0,132 бит.

2. Нарастание эрозионной опасности происходит у почв с содержанием гумуса, не превышающим трех процентов. Исключение составляют такыры и солончаки, т.к. условия рельефа, климата и малая антропогенная нагрузка не способствуют большим величинам густоты овражно-балочного расчленения.

Оценка физико-географических условий оврагообразования свидетельствует, что наибольшее влияние на развитие процессов овражной эрозии в пределах северных предгорий Заилийского Алатау оказывают морфометрические показатели рельефа - крутизна склонов и энергия рельефа (табл. 4).

Необходимо также отметить, что энергия рельефа связана с характером эрозионного процесса еще и косвенно, так как именно абсолютные высоты в пределах исследуемого района определяют климатические, почвенные, растительные условия и ресурсы.

Несколько в меньшей степени густота овражно-балочного расчленения зависит от типа почв, литологии пород, количества осадков за теплый период года и запасов воды в снеге.

Из таблицы 4 видно, что суммарный коэффициент информационной связи между физико-географическими факторами и густотой овражно-балочного расчленения выбирает основную долю дисперсии - 0,773 бит или, иначе говоря, 77,3%.

Таблица 4

Коэффициенты информационной связи между физико-географическими компонентами эрозионного потенциала и густотой овражно-балочного

расчленения

Физико-географические компоненты эрозионного потенциала Коэффициенты информационной связи

Крутизна склонов 0.269

Энергия рельефа. 0.158

Почвешго-растительный покров 0.132

Литология покровных отложений 0.089

Количество осадков теплого периода 0.076

Запасы воды в снеге на момент снеготаяния 0.049

Суммарный коэффициент информации 0.773

Роль других природных компонентов в формировании линейного размыва столь незначительна, что их можно не учитывать при выявлении эрозионного потенциала исследуемой территории.

ЭРОЗИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕВЕРНЫХ ПРЕДГОРИЙ ЗАИЛИЙСКОГО АЛАТАУ

При изучении процессов овражной эрозии необходимо не только получить данные об изменяющихся морфометрических показателях эрозионных форм и факторах, обусловливающих этот процесс, но и выявлять пространственное размещение эрозионно опасных земель. Для оценки эрозионной опасности земель предложены различные показатели (Заславский, 1983, Пацукевич, 1983 и др.), однако в них не учитывается весь комплекс факторов, определяющих эрозионный процесс. Всесторонняя характеристика, оценка и прогноз эрозионной опасности возможен, на наш взгляд, на основании определения эрозионного потенциала.

Под эрозионным потенциалом (ЭП) автор понимает способность природно-территориального комплекса к формированию и развитию процессов овражной эрозии.

В основу методики просчета ЭП и составления соответствующей карты положена концепция о комплексном взаимодействии факторов оврагообра-зования, различающихся по доле участия в исследуемом процессе. Исходя из этого, количественная оценка эрозионного потенциала проводилась на основании ранее полученных данных о величинах коэффициентов информационен связи между эрозионными факторами и процессом овражной эрозии.

Анализ Карты потенциальной эрозионной опасности северных предгорий Заилийского Алатау (рис. 1) свидетельствует о значительной изменчивости ЭП что объясняется различной структурой ПТК изучаемого района и вертикальной поясностью привлекаемых в анализ факторов.

Первоначально нами было выделено шесть категорий земель с различной степенью эрозионного потенциала. Однако, дальнейшие более детальные исследования позволили уточнить эту схему. Сопоставление карт потенциальной эрозионной опасности и густоты овражно-балочного расчленения позволило говорить о том, что не всегда земли, обладающие большим эрозионным потенциалом, характеризуются и большими значениями овражно-балочного расчленения. К примеру, юго-восточнее поселка Прудки ЭП соответствует четвертой категории (от 2 до 2.2 баллов), а густота овражно-балочного расчленения не превышает 2.3 км/км2.

В то же время в пределах описываемого района имеются территории,

Рис. 1. Карта-схема потенциальной эрозионной опасности северных предгорий Заилийского Алатау 1 - малоопасные территории, ЭП от 0 до 1,6 баллов (1-я категория); 2 - среднеопасные территории, ЭП от 1,6 до 1,8 баллов (2-я категория); 3 - опасные территории, ЭП от 1,8 до 2,4 баллов (3,4,5-я категории); 4 -чрезвычайно опасные территории ЭП свыше 2,4 баллов (б-я категория)

обладающие большими показателями эрозионного расчленения и малыми значениями эрозионного потенциала. Так, в урочище Карой степень ЭП составляет 1.95 балла, тогда как показатель густоты овражно-балочного расчленения достигает здесь наибольших значений - 10,2 км/км2. Это, скорее всего, говорит о том, что в данном природно-терригориальном комплексе ЭП практически реализован.

Для того, чтобы выяснить, каким образом эрозионный потенциал взаимосвязан с показателем эрозионного расчленения, нами был построен соответствующий график (рис.2), анализ которого позволяет говорить, что:

- большая часть исследуемой территории еще не достигла критических значений эрозионного расчленения, в связи с этим любое нарушение устойчивости ландшафта может привести к усилению процесса овражной эрозии;

- в районах с эрозионным потенциалом от 2 баллов и более возможна смена исследуемого процесса на процесс формирования речных долин первого порядка.

А 1.6 1.8 2 2.2 2,4 2.6

эрозионный потенциал (баллы)

Рис. 2. Г рафик зависимости густоты овражно-балочного расчленения и эрозионного потенциала.

ABE - наиболее достоверная часть графика, подтвержденная сочетанием максимальных значений ЭП и показателя овражно-балочного расчленения.

BD - теоретически возможная форма связи густоты эрозионного расчленения с ЭП, учитывающая характер эрозионного процесса при больших значениях энергии рельефа.

BCD - зона возможного перехода овражной эрозии в речную.

Анализ зависимости (рис. 2) позволил градуировать северные предгорья Заилийского Алатау постепенипотенциальной эрозионной опасности, при этом выделены:

а) Малоопасные территории, величина ЭП варьирует от 0 до 1,6 баллов (первая категория), занимают 799,2 км2 (7,5 %). Максимально возможные значения густоты овражно-балочного расчленения 3,8 км/кмг, в настоящий момент этот показатель в среднем составляет 1,8 км/км2. Теоретически наиболее благоприятны для народнохозяйственного использования, однако практически, в результате целого ряда лимитирующих факторов ПТК, освоены слабо.

б) Среднеопасные территории — вторая категория, ЭП от 1,6 до 1,8 баллов, занимают 47,3 % от общей площади исследуемого района. Типичный показатель эрозионного расчленения на настоящий момент 2,5 км/Ы, максимально возможный 7,3 км/к^. Исходя из этих данных, земли, входящие в эти градации, обладают достаточно большими ЭП. В настоящее время интенсивно используются как сельскохозяйственные угодья. Увеличение техногенной нагрузки возможно до пределов устойчивости.

в) Опасные территории — величина ЭП от 1,8 до 2,4 баллов, третья, четвертая и пятая категории. Занимают 43,8 % (608 км/км2). Средний показатель овражно-балочного расчленения 6 км/км2, потенциально возможный от 10 до 14 км/км2. Может иметь место "замена" пролювиально эрозионного процесса, на аллювиально эрозионный. Обладая наиболее благоприятным экологическим потенциалом, испытывают максимальную антропогенную нагрузку, что способствует нарастанию эрозионной опасности.

г) Чрезвычайно опасные территории — ЭП свыше 2,4 баллов (шестая категория). Занимают 1,4 %, наиболее характерным является густота овражно-балочного от 6,8 до 9,3 км/км2. Собственно ЭП может иметь тенденцию к уменьшению прогрессии, однако увеличивается общий экзогенный потенциал, который в каждом конкретном случае может выступать, по отношению к ЭП, либо со знаком минус (смена овражной эрозии другими экзогенными процессами), либо со знаком плюс (создание "благоприятных" эрозионных условий под воздействием других экзогенных процессов).

ПРОТИВОЭРОЗИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Для борьбы с эрозией почв отечественной и зарубежной наукой разработаны различные приемы, технологии, мероприятия и сооружения, приме-

няющиеся комплексно в системе правильной организации территории. Учитывая, что основная масса мероприятий по борьбе с овражной эрозией разработана для гумидных зон, нами была предпринята попытка выработать новые или дополнить уже имеющиеся способы применительно к контрастным сухостепным ландшафтам северных предгорий Заилийского Алатау.

Полученные автором в ходе научного поиска данные о степени естественного эрозионного потенциала показывают, что основные противоэрозион-ные мероприятия должны быть направлены на предупреждение возникновения процесса овражной эрозии.

Основную задачу при профилактике эрозионных процессов мы видим не в задержании и полном поглощении стока, а в рассредоточении его на более мелкие струйки в зоне проявления линейного смыва. Роль распылителя наиболее эффективно может выполнять растительность.

Данные полевых исследований, собранные в 1988—1990 годах, а также анализ опубликованных работ (Байтулин, 1976 и др.) позволили нам предложить для склонов аридной зоны, учитывая механический состав почвы следующие виды растений, которые могут быть использованы в качестве фитораспылителей (табл. 5),

Таблица 5

Растения - фитораспылители

Вид растения Биоморфологическая группа Механический состав ПОЧВ

Терескек серый - Ceratoides papposa а Супесчаные, щебнистые, песчаные

Костер безостый - Bromus inermis а Суглинистые, супесчаные

Люцерна посевная - Medícago sativa а Суглинистые, супесчаные

Чий блестящий - Lasiagrostis spien dens b Суглинистые, супесчаные

Нанофитон ежовый - Nanophyton ermaceum Ъ Щебнистые, глинистые

Поташник олиственный - Kalidium foliatum b Солончаковые

Вейник наземный - Calamagrostis epigeios с Глинистые, суглинистые

Изень (прутняк) - Kochia prostrate с Супесчаные

Кейреук (солянка корявая) - Salsola orientals с Песчаные, суглинистые, глинистые

При этом выделены: а - корневищные (растения, имеющие развитую корневую систему, расположенную преимущественно в верхних слоях почвенных горизонтов и фиксирующие более глубокие слои грунтов; увеличивают допустимые неразмывающие скорости почвогрунтов); Ь - кустовые (растения, способные к образованию многочисленных побегов, обладающих равномерной олиственностью, или содержащих основную массу листьев в нижней части куста, либо формирующих утолщенную прикорневую структуру - комель; способствуют рассеиванию концентрированных водных потоков); с- комплексные (сочетающие в себе элементы групп а и Ь).

В работе также дана характеристика предлгаемых мероприятий по борьбе с прогрессирующими оврагами.

ВЫВОДЫ

I. Установлены общие закономерности распространения и динамики эрозионных форм рельефа.

а) Карта густоты овражно-балочного расчленения позволила выделить четыре категории территорий с различной степенью пораженности. Местоположение каждой категории определяется специфичным набором взаимодействующих факторов и компонентов ПТК.

б) Динамика роста естественных эрозионных форм в изучаемом регионе в среднем составляет 0,5-2,5 метра в год. Зарождение естественных оврагов может быть связано как с чисто флювиальными, так и другими экзогенными процессами (суффозия, оползни и др.), имеющими место в пределах исследуемой территории. Большой интенсивностью характеризуются "антропогенные" овраги, скорость линейного прироста до 30 м/год, особой эрозионной агрессивностью отличаются "ирригационные" и "дорожные" овраги. Дальнейшее использование сухостепных ладшафтов предгорий Заилийского Алатау без научного обоснования и экспертной оценки может привести к ускоренному развитию процессов овражной эрозии.

II. Анализ пространственно-временной изменчивости позволил классифицировать овраги исследуемого района. На основании предложенной классификации выделено 25 групп сочетаний эрозионных форм, различающихся генезисом, продолжительностью развития, направленностью роста и морфо-метрическими показателями и литологическим составом пород покровных отложений.

III. Анализ и оценка природных факторов оврагообразования, проведенные с применением математических методов, позволили установить:

а) наибольшее влияние на развитие процессов овражной эрозии в пределах исследуемого района оказывают геоморфологические факторы, а именно: крутизна склона и энергия рельефа, коэффициенты информационной связи составляют 0,27 и 0,16 бит соответственно;

б) в меньшей степени густота овражно-балочного расчленения зависит от типа почв (KI=0,132 бит), литологии пород (Kl=0,09), количества осадков за теплый период года (№=0,076) и запасов воды в снеге (Kl=0,049);

в) если все физико-географические компоненты, обусловливающие эрозионный процесс, принять за 100%, то доля дисперсии, выбранная факторами: крутизны склонов; энергии рельефа', запасами гумуса в почве, литологии; количества осадков за теплый период года и запасами воды в снеге на момент снеготаяния - составляет 77,3%;

г) другие природные характеристики оказывают столь незначительное влияние на изучаемый процесс, что их можно не учитывать при выявлении эрозионного потенциала северных предгорий Заилийского Алатау.

IV. Разработана методика выявления и картирования потенциально эро-зионно опасных земель применительно к контрастным сухостепным ландшафтам предгорных областей. Положенная в основу расчетной методики идея многофакторности оврагообразовательного процесса получила отражение на составленной Карте эрозионного потенциала северных предгорий Заилийского Алатау.

V. Знание положения оврага в предложенной классификации и использование графика зависимости показателя густоты овражно-балочного расчленения от ЭП дает возможность прогнозировать исследуемый процесс.

VI. Составленная автором карта эрозионного потенциала позволяет решить целый ряд практических задач, связанных с землеустройством и землепользованием.

VII. С учетом ландшафтных особенностей северных предгорий Заилийского Алатау рекомендованы к практическому применению научно обоснованные мероприятия по предупреждению и борьбе с процессом овражной эрозии.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Процессы эрозии в сухостепных ландшафтах Тургая // В сб.: Современные рельефообразующие процессы на территории Казахстана. - Алма-

Ата, 1988, с. 55-62.

2. Определение эрозионного индекса осадков в предгорной зоне За-илийского Алатау // Тезисы конференции молодых ученых и специалистов Казахского государственного университета им. С.М. Кирова. Часть I, Естественные науки. Алма-Ата, Изд. КазГУ, 1989, с. 143.

3. Составление карт эрозионной опасности земель // Материалы конференции "Эколого-географическое картирование и оптимизация природопользования Сибири". - Иркутск, Изд. ин-та географии Сибирского отделения АН СССР, 1989, с. 74.

4. Картирование эрозионных процессов предгорий для целей рационального землепользования // Материалы научной конференции "Рациональное природопользование горных стран". - Бишкек, Изд. Кырг.гос.ун-та, 1991, с.99.

5. Метод фитораспылителей в охране почв от овражной эрозии // Эро-зиоведение: теория, эксперимент, практика.- Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. - МГУ, 1991, с. 153-154.

6. Физико-географический анализ эрозионного потенциала // Вестник КазГУ. Сер. географ. Вып.2. Алматы, 1995, с. 88-98.

7. Эрозионный потенциал северных предгорий Заилийского Алатау // Вестник КазГУ. Сер. географ. Вып.З. Алматы, 1996, с. 82-86.

Ульман А.А.

1ле Алатауынын солтуспк бактершдеп шел далалык ландшафтардагы авра-

зиялык эрозия процесса

МАЗМУНДАМА

Бул гылыми жумыс - 1ле Алатауынын бектерждеп аридалык ландшаф-тын эрозиялык. каупже бага берелн кджетп толганыстарга арналган, Сай -жыралардын турлер1 кзрастырылып, api жуйелерге белжт сипатталган, онда KeH¡CT¡K пен уакытка байланысты олардын езгеру1 жэне пайда болу кезежн-flefi Herisri себебтер ескершген. Сай - жыралар пайда болу кезешндеп физи-ка-географиялык жагдайлардын мэнже мелшерл!к бага 6epmefl¡ Эрозиялык процестердщ параметрлер1 мен Her¡3r¡ себебтержщ арасындагы байланысты табу аркылы KeH¡ct¡KT¡ эрозиялык Кпу1пт1Л1К дэрежеане катысты бфнеше ау-мактарга болт карастырган.

Ulman A.A.

Gully Erosion Processes In Dry Steppe Landscapes of the Nothem Piedmont

of Zailiysky Alatau

The work deals with the vital problems of erosion hazard estimation of arid landscapes of the piedmont of Zailiysky Alatau. The gully classification has been worked out and substantiated. The temporal and spatial variability as well as dominant processes of their formation are taken Into account. The quantitative estimate of physical-geographycal conditions Impact on the gullying Is given. The all-round regionalization according to a degree of a potential erosion hazard Is performed on the basis of relations revealed between the leading factors and parameters of erosion process.

ABSTRACT