Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структура и функционирование озерных геосистем Кокчетавской возвышенности

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Структура и функционирование озерных геосистем Кокчетавской возвышенности"

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени государственный педагогический институт имени А.И.Герцена

На правах рукописи

МОСИН Виктор Георгиевич

УДК 551.4В2.4

СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ОЗЕРНЫХ ГЕОСИСТЕМ К0КЧЕТА8СК0Й ВОЗВЫШЕННОСТИ

II.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена на кафедре физической географии и геологии Ленинградского государственного педагогического института имени А.И.Герцена

Научный руководитель: доктор географических наук,

профессор 1 А. М. Архангельский"!

Научный консультант: кандидат географических наук,

доцент Т.С.Комиссарова

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических н.

профессор А.И.Коротков кандидат географических наук, доцент Е.В.Максимов

Ведущая организация: Институт озероведения АН ОССР

Защита состоится

аседании Специализированного совета К I]

1990 года

на заседании Специализированного совета К 113.05.09 по присуждению ученой степени кандидата наук в Ленинградском государственном педагогическом институте имени А.И.Герцена /191186, Ленинград, наб. р.Мойки,' д.40, кор.12, ауд.17/.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института

Автореферат разослан "_" _ 1990 г.

Ученый секретарь

Специализированного созета ДК^э Л.Г.Козлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЦ

Актуальность теми. Изучение озер в настоящее время приобретает се большее значение в связи с необходимостью научно обоснованного 1ационального использования. В условиях Северного Казахстана изуче-гае водоемов, многие из которых содержат пресную воду, особенно (енную в зоне неравномерного стока и недостаточного увлажнения, име-;т особо важное значение.

Существование пространственной дифференциации географической эболочки позволяет разделить ее на отдельные части - геосистемы. Геосистема "озеро-водосбор" характеризуется не только наличием связей между образующими ее элементами, но и неразрывным единством с окружающей средой, во взаимодействии с которой она проявляет свою целостность.

В настоящее время сложилось два направления в исследовании водоемов на основе связи водосбора с озером: первое - выявление основных лимнологических процессов, которые являются определяющими сущ- ' ность природы водоема, второе - выявление характера взаимоотношения тех компонентов природной среды, которые в данных ландшафтных условиях определяют лимнологический комплекс озера.

Первое направление реализуется в лимнологии при изучении круговорота органического вещества в пределах озерных систем, второе -через исследование количественных и качественных параметров стока, являющийся основным элементом, осуществляющим функционирование системы "озеро-водосбор". Нами, вслед за представлениями С.В.Калесника, С.Д.Муравейского, выбран интеграционный подход к изучению озерной геосистемы как целостного территориально-аквального комплекса. Этот подход предусматривает выявление общих закономерностей формирования структуры и функционирования и дает возможность научного предвидения природных тенденций их дальнейшего развития.

Цель исследования. Основная цель исследования состоит в изучении структуры и функционирования озерных геосистем Кскчетавской возвышенности, создание методики оценки функционирования их на основе выявления закономерностей редукции вещества и энергии.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- охарактеризовать природные условия формирования структуры озерных геосистем;

- выявить основные природные факторы, влияющие на функциониро' вание систем;

- охарактеризовать морфогенетические и морфометрические показатели функционирования озерных систем;

- разработать векторную модель территориального взаимодействи в системе "озеро-водосбор";

- провести ландшафтную интрепретацию модельных построений и данных для объективной оценки предложенной методики моделирования.

Материалы и методы исследования. В работе были использованы данные справочников и атласов Кокчетавской, Целиноградской и Север Казахстанской областей, материалы филиалов Гипрозема КазССР г.Кок-четава и г.Целинограда, БИНа г.Ленинграда, а также результаты поле вых исследований, проводимых автором в пределах Северного Казахста на в 1969, 1973, 1975, 1980, 1985 годах. В основу построения "порт ретных" моделей поля потенциальных сил были положены сведения о влиянии различных компонентов ландшафта на формирование стока, накопленные в физической географии, гидрологии, гидрохимии и почвове дении, а также следующие картографические материалы:

- топографические карты масштабов 1:25000 - 1:500000;

- почвенные схемы землепользования Кокчетавской области масшт ба 1:25000;

- геологические карты из фондов КГУ КазССР масштаба 1:100000.

Объединяющим началом исследований функционирования системы

"озеро-водосбор" может служить моделирование территориального взаи модействия природных компонентов в системе. Модель выступает как инструмент синтеза, как скелет программы исследования. Термин "мод лирование" включает понятия: процесс создания модели,действия с мс лями, исследование объектов с помощью модели.

Исследование структуры и функционирования озерных систем как природных целостных образований проводится на основе создания моде ли поля потенциальных сил, определяющих концентрацию, направление и трансформацию потока вещества и энергии в их пределах. Предлагае мая модель объединяет поток вещества и сам рельеф в единую систем} структура которой задается морфологией рельефа. В ней вэaимocвязa^ скалярное поле высот и векторное поле потенциальных сил. Эта взаик связь показана на графической модели и интерпретирована в ландшафт ном отношении. При исследовании с помощью модели выделяются активные и пассивные части водосбора в отношении переноса вещества /стс

в пределах бассейна при вводе экстремальных природных данных /атмосферных осадков/, устанавливается редукция в озерных системах территории. В работе также используется покомпонентный анализ природных условий изучаемого региона для выявления основных факторов, образующих структуру и основу функционирования систем, методы математической статистики.

Научная новизна. Актуальность темы настоящей диссертационной работы характеризуется недостаточной изученностью вопросов методологии исследования геосистем "озеро-водосбор" и в частности - вопроса трансформации вещества и энергии в их пределах. В работе впервые:

- дано представление на основе геосистемного подхода о структуре озерного территориально-аквального комплекса и его функционирования;

- определены для условий Кокчетавской возвышенности главные компоненты, влияющие на функционирование территориально-аквальных систем;

- определены характерные особенности природных условий Кокчетавской возвышенности формирования структуры озерных геосистем и на этой основе рассчитано поступление и трансформация атмосферных осадков

при образовании стока;

- разработана методика построения "портретных" моделей поля потенциальных сил для геосистем данного типа;

<■ - по данным анализа "портретных"моделеЙ выявлены активные и пассивные участки бассейна, т.е. определена редукция стока в пределах системы "озеро-водосбор";

- проведен сопряженный анализ ландшафтных и модельных исследований на основе сопоставления полей потенциальных сил и ареалов почв.

Практическая значимость и реализация результатов исследования. Результаты исследования могут быть использованы для решения следующих практических задач:

- определение объемов переноса вещества и энергии при различных условиях состояния природных факторов;

- регулирование процессов землепользования в пределах озерных водосборов;

- выявление закономерностей развития антропогенных процессов в системе "озеро-водосбор";

- составление прогнозсз развития озерных геосистем п<~д ем природных и антропогенных факторов.

- б -

Методические разработки диссертации вошли в научный отчет, выполненный в ЛГПИ имени А.И.Герцена на хоздоговорной основе с ИНОЗ . АН СССР /№ 0290 0026981/ в рамках задания. Президиума .АН СССР 0.74,02.07.04. Н "Космос" на 1986-1990 гг., согласно задания Государственного комитета по науке и технике /ТКНТ/ № 0.85.01.09 "О прс ведении комплексных гидрологических и экологических исследований с целью разработки мероприятий по охране и оздоровлению водной системы Ладожского озера".

Апробация работы. Основные положения и результаты работы, пол} ченные автором докладывались и обсуждались на региональной Межреспубликанской конференции по использовании лимнологических и палео-лимнологических методов в изучении трансформации озерных акосистем /Смоленск, 1982/, на У1 Всесоюзном совещании по истории озер /Таллин, 1983/ на IX съезде ГО СССР /Казань, 1990/, на научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЛГПИ имени А.И.Герцена 'Терценовские чтения" /1974, 1976, 1978, 1980, 1985, 1989 гг./.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, . трех глав и заключения, изложенных на 209 страницах машинописного текста, иллюстрирована 51 рисунком, 30 таблицами. Список использованной литературы включает 184 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа является результатом многолетних полевых и камеральных исследований автора..

Полевые работы включали комплексные физико-географические опи' сания Г1ТК водосборов на ключевых участках, геолого-геоморфологичес' кие исследования побережий озер. Камеральные исследования заключались в проведении гранулометрического анализа озерных береговых от ложений, морфометрической обработке топографических и специальных карт.

Во введении отмечены современные направления в изучении озер, определены цели и задачи исследования, его теоретическая основа, методы исследования.

Глава I. Природные условия формирования структуры озерных систем Кокчетавской возвышенности

Для решения поставленных задач исследования проанализированы основные особенности развития геологической и тектонической структуры территории, формирования рельефа и климатических параметров, слагающих основные черты структуры и функционирования системы "озеро-водосбор"; определено положение озерных геосистем в ландшафтной структуре региона.

Кокчетавская возвышенность, являясь прямой морфсструктурой, пространственно совпадает с Кокчетавским срединным массивом и одноименным антиклинорием.

В соответствии с многочисленными представлениями Кокчетавский антиклинорий имеет двухярусное строение. Нижний структурный этаж сложен древними архейскими и протерозойскими породами. Верхний /гер-цинский/ структурный этаж сформирован породами среднего и верхнего палеозоя. Для них типичны несогласное залегание на нижележащих отложениях, фрагментарность развития, сокращенные мощности, преобладание формаций орогенного ряда, глыбовый характер тектонических нарушений.

Постконсолидационный интрузивный магматизм широко проявился на территории Кокчетавского поднятия. Среди каледонских интрузий наиболее распространены гранитоидные: Зерендинский массив /площадь ^коло 4000 кв.км/, Боровской, Жукейский, Лосевский, Беркутинский, Балка-шенский, Золотоношенский и др., которые создали дополнительную систему разломов как по переферии, так и на поверхности интрузивных тел, создав предпосылки формирования тектонических котловин для многих озер зозвышенности.

На обширных площадях Кокчетавской возвышенности /особенно на водоразделах/ палеоген-неогеновые отложения или полностью отсутствую! или выполняют отдельные понижения рельефа. :етвертичные отложения имеют широкое распространение, перекрывая почти сплошным чрхлом более древние осадки. Наибольшей мощности они достигают в понижениях рельефа, в долинах рек и в озерных котловинах, будучи континентальными, они характеризуются пестрым литологическим составом, разнообразны по генезису и возрасту. Четвертичные отложения представлены делювиальными, делювиально-пролювиальными, озерными и алювиалышми генетическими разиостями. Делювиально-пролювиальнне отложения нижнечетвертичного возраста представлены желто-бурыми лессовидными суглин-

ками. Они известны в литературе как "покровные" или водораздельные". Установлено, что покровные суглинки являются основным литогенным фоном протекания современных экзогенных процессов.

Активизация тектонических движений в кайнозое определило основные норфоструктурнне черты изучаемой территории. По степени тектонической приподнятости и денудационной расчлененности в пределах Кок-четавской возвышенности выделены три категории рельефа: денудацион-но-тектонический, горно-холмисный; денудационный равнинный и эрозионный долинно-котловинный /Сваричевскзя,1955/. Одновременно с формированием рельефа происходило и заложение современной гидросети, состоящей из рек-притоков р. Ишим и рек внутренних областей стока /р.Чаглинка и др./, радиально расходящихся по склонам возвышенности, и многочисленных озер, котловины которых имеют различный генезис /тектонические, сорово-дефляционные, суффозионные/.

Сводовое поднятие Кокчетавской возвышенности в новейшее время предопределило и высотное положение озер. Анализ абсолютных высот урезов водного зеркала озер позволил реконструировать четыре уровен-ные поверхности, лежащие в высотных интервалах: 120-140; 200-220; 300-320; 380-400 м и имеющих наименьшую вариативность /Су от 0.25 для нижней до 0.47 для верхней поверхности/. Эти уровни положительно коррелируются с базисными поверхностями,построенными по методике В.П.Философова /1966/ и отражают морфоструктурные особенности рельефа территории. Повышенная вариативность верхней поверхности свидетельствует о более высокой современной тектонической активности типов рельефа локализованных на водоразделе возвышенности.

К климатическим элементам, определяющим функционирование озерных систем прежде всего относится температурный режим, поступление атмосферных осадков и соотношение тепла и влаги, создающее особенности формирования водных элементов в озерных геосистемах. Территория отличается четко выраженной засушливостью,- обусловленной особенностью баро-циркуляционного режима, который создает поступление создушных масс в состоянии значительной трансформации. Распределение атмосферных осадков, являющие основным источником увлажнения района, в течении года неравномерно. Основное количество осадков /от 74 до выпадает в теплый период года, на период, на который приходится п до 1Ъ% годовых сумм тепла. Изменчивость месячных сумм гсалкоп из года в год довольно велика, особенно в теплый период го-

что связано с большой изменчивостью по годам циркуляционных у.\- /Ьвйлпл, 1971/.

Для исследуемого региона переход среднемесячных температур выше 0°С происходит в промежутке от 8 до 12 апреля. К этому времени запасы активной влаги в геосистеме достигают максимума за счет накопления снега, а также накопления в почвогрунтах осенних осадков. С установлением положительных температур они начинают быстро иссякать - в первую очередь благодаря интенсивному стоку талых вод. Сход снежного покрова совпадает с переходом устойчивых среднесуточных температур через 0°С, а наступление мягкопластичного состояния почви - с переходом их через 5°С /Чичасов, 1973/, поэтому в период со среднесуточными температурами от О до 5°С влажность почвы равна полной полевой влагоемкости и выпадающие осадки в основном уходят поверхностным стоком.

Формирование основного гидрологического элемента /стока/ в системе "озеро-водосбор" з прелах Кокчетавской возвышенности имеют следующие особенности: в следствии особенностей гидротермического режима территории поверхностный сток образуется только в весенний период; основой весеннего стока является активная влага, слагающаяся из осенне-зимних осадков и осадков весеннего периода до достижения среднесуточной температуры воздуха 5°С.

Количество осадков, и особенно их экстремальные значения, характеризуются большой изменчивостью из года в год: сумма осадков э^ период накопления активной влаги 10$ лет составляет величины от 126 до 216 мм, д 90% лет не превышает величин от 13 до 30 мм.

В зональном аспекте Кокчетавская возвышенность входит в зону степей. Приподнятость территории создает явление вертикальной поясности и сзязанное с ним существование лесостепных ландшафтов.

В азональном аспекте регион входит а Центрально-Казахстанскую природную страну и обособляется в лей Кокчетавской лесостепной возвышенно-равнинной и мелкосопочно-холмогорной провинцией, которая, и свою очередь, включает 9 физико-географических районов, имеющих ст.,; специфический набор из 13 основных типов ландшафтов.

Глава П. Морфогенетические и мофометрические показатели функционирования озерных систем Кокчетавской возвышенности

Важным направлением количественных и качественных исоледошмпш является определение ведущих морфогенетических и 'морфометрических показателей структуры и функционирования террнтоуИальио-акнплышх

систем. При этом рассмотрены вопросы истории исследования озер, морфе генеза озерных котловин, морфометрические и морфогидрологические особенности функционирования системы "озеро-водосбор".

На территории Кокчетавской возвышенности размещается около 180 озер, имеющих неодинаковые площади водного зеркала; доминирующее положение по суммарной площади водного зеркала составляют озера в трех интервалах: 1-5; 5-10; 10-50 кв.км /Ы%/.

Разнообразие озерных котловин, их локализация по определенным физико-географическим районам очевидно влияет на их распространение по территории в общей схеме гидрографической сети. Установлено, что расположение поверхностных водных объектов Кокчетавской возвышенности подчинено общей для гидрографической сети закономерности: увеличение густоты речной сети влечет уменьшение озерных водоемов и наоборот; с уменьшением крутизны рельефа количество озер возрастает, а густота речной сети уменьшается. Эти закономерности выражены достаточно отчетливо как в направлении с запада на восток, так и с севера на юг.

Для разносторонней характеристики озерных систем в работе нами использован набор морфометрических показателей, одни из которых отображают индивидуальные морфологические особенности озерных котловин, другие оценивают качественные параметры озера и его взаимоотношения с водосбором. К ним, прежде всего, относятся показатель удельного водосбора Д. f , предложенный С.В.Григорьевым /1959/

/ч р= —, где J* площадь зеркала озера;

Г -г

Г - площадь водосбора. Он справедливо считает, что этот показатель характеризует степень возможного влияния водосбора на режим функционирования озера. Непосредственную связь водоема и его бассейна характеризует также показатель условного водообмена /оСёоо/:

оС£ао = —г/ —• где V¿- - среднегодовой приток с водосбо-</ Vos.

ра; Vas. ~ объем водной массы озера. Он указывает на возможное влияние приточных вод и дает представление о скорости смены воды в озере /проточкости озера/, доле влияния приточных вод на его режим. Fo.nb морфеметрии озер проявляется специфически для озер аридных областей. Значительная часть озер Кокчетавской возвышенности бессточ-;¡i/ ¡i сменность воды в них осуществляется преимущественно за счет ; птерь i:-?. ncmipsmie, поэтому более важное /по сравнению с гумидныии

- и -

областями значение приобретают показатели открытости, емкости, удлиненности озерных котловин.

Рассматривая эти морфогидрологические показатели, нами сделаны следящие выводи: в пределах Кокчетавской возвышенности преобладают озерные системы с малыми / < 10/ и средними /10-100/ значениями удельных водосборов / Д. х /; в Рузаеэском ЗТР доминируют озера со средним Л Г /70,1/, а Зерендинско-Жабайском ФГР - с малым удельным водосбором /66, 5$/; повышенный рельеф территории вносит определенные /азональные/ коррективы в значение показателей удельного водосбора: 30$ озер Зерендинско-Кабайского и 80$ Рузаевского ФГ районов имеют А ^более 10.0, в то время как для озер степной зоны эта величина составляет 92$; преимущественно распространены озерные системы с. малыми значениями условного водообмена <С 0.5/: в Зерендинско-Жабайском ФГР слабообменные озера составляют 93,5$, а в Рузаевском ФГР - 80$; азональные черты свойственны и для этого показателя': граничное значение перехода от группа с малым водообменом к группе со средним водообменом ] сС вод - 0.5/ имеет 20-процентную обеспеченность для Зерендинско-Кабайского и 30-процентную обеспеченность для Рузаевского ФГ районов, как для озер зоны степей этот переход имеет 80-процентную обеспеченность; преобладают озера с полуэллипсоидными /72$/ и параболоидными /27$/ котловинами; с понижением уровня воды в озерах, с котловинами полуэллипсоидной и цилиндрической формами изменение показателей водообменности происходит незначительно, озера с коническими и параболоидными котловинами более существенно увеличивают эти показатели и быстрее устанавливают динамическое равновесие между приходом и расходом влаги; отсутствие четкой зависимости между показателями условного водообмена / об вод/ и удельных водосборов /Д. _[Г/ связано, прежде всего, с формальными подсчетами исходных параметров /площади водосборов, величин стока/, что связано с отсутствием четких поправок на редукцию стока, которая в условиях недостаточного увлажнения и при малых уклонах территории водо- . сбора может быть весьма значительной.

Глава И. Моделирование территориального взаимодействия в системе "озеро-водосбор"

Процесс создания моделей рассматривается при решении двух задач. Диалектическое единство дискретности и непрерывности является теоретической основой первой задачи. Решение второй задачи, основанное на соотношении картографического и катематико-статистического

методов исследования, привело к созданию карт отношений полей и метода наложения полей /Червяков, 1984/.

При площадной локализации неходких плотностей необходимо выполнить операцию трчечной дискретизации, при которой каждой точке дискретной ячейки присваивается значение плотности, характеризующей всю территорию ячейки. Операция точечной дискретизации возможна при составлении карт полей морфометрической характеристики рельефа земной поверхности. Так, вычисление в точках направлений градиентов или наибольшего ската рельефа-поля позволяет преобразовать скалярное поле плотностей в поле векторное /Девдариани, 1967/ или корреляционное /Гелета, 1976/.

Рельеф является частью сложной аистемы географической оболочки, причем занимает в ней особое пограничное место, выполняя функцию активной поверхности. Он выступает "дифференциатором" природы земной поверхности, так как перераспределяет кинетическую энергию, тепло, влагу, служит естественным рубежом в распределении климата и ландшафта. Исследованию рельефа как физического поля предшествовали опыты уподобления отдельных его элементов одномерным физический явлениям' и процессам. Наиболее основательна физическая аргументация модели рельефа-поля приведена в серии работ Н.В.Куценко /1982/, который обосновал физическое подобие между рельефом и геоморфологическим процессом с одной сто^.ш и электрическим полем - с другой, назвав их электро-морфодинамическими аналогиями /ЗМДА/. В работе сделана попытка создать модель поля потенциальных сил, определяющих направление и трансформацию потока вещества и анергии в пределах водосбора. Предлагаемая модель объединяет поток вещества и энергии и сам рельеф в единую систему, структура которой задается морфологией рельефа. В ней взаимосвязано скалярное поле высот и векторное поле потенциальных сил. Эта взаимосвязь, преломляясь через ландшафт1носит сложный характер. С одной стороны, рельеф, являясь "сильным" компонентом ландшафта, оказывает значительное влияние, с другой - ландшафт регулирует взаимосвязь рельефа с потоком вещества и энергии.

Для метрической оценки дискретных элементов и форм рельефа обычно используют обобщенные характеристики, чаще всего таковыми являются средняя, абсолютная и относительные высоты, средний уклон или угол наклона. Оснозными морфометрическими характеристиками, отражающими его влияние на миграции вещества, являются углы наклона и экспозиция склонов /Ва^еоян, 1966; Коронкевич, 1978; Рельеф и ландшафты, 1977/. Тра-

диционные методы создания морфометрических карт весьма трудоемки, поэтому в настоящее время при расширении исследований возникла необходимость в их автоматизации /Ефимов, 1986; Коэ и др., 1981; Осипов, 1987/. В работе предложен один из блок-схемы алгоритма автоматизированной обработки цифровой модели рельефа для получения морфометрических .характеристик, Для построения цифровой модели использованы крупномасштабные /1:50000 - 1:100000/ топографические карты и с пометь« матрицы, в узлах регулярной сетки которой определяют значение высот. Оптимальное значение шага дискретности для карт масштаба 1:50000 0.2x0.2 - 1x1 см. Перед началом работ по цифрованию, которое осуществляется в "две руки", проводится контроль степени деформации исходного топографического материала и палеток /матриц/. Используя алгоритм, определяем:

Со/Ц/ = - - ^

"V?ъц^тцяг

а/

Со//¿у - ^ущфщ—, /2/

По формуле /I/ подсчитываем величину угла оС , характеризующего крутизну склона, а по формуле /2/ рассчитываем угол /3 , характеризующие направление /экспозицию/ склона. Полученные марфометрические характеристики используются для дальнейших построений модел... _

Движение частиц происходят под действием силы тяжести Л^р / при наличии продольного^уклона. При этом на каждую частицу действуют сила реакции опоры / /V /, перпендикулярной этой поверхности. ¡3 условиях равномерного движения равнодействующая этих двух сил / /т?^.,/V / уравновешивается силой трения / Ртр- /. Величина равнодействующей силы / Рр./, которая является горизонтальной составляющей силы тяжести зависит от величины уклона, а сила трения от степени шероховатости поверх ности. Движение частиц в естественном состоянии носит довольно сложный характер. Нами рассматривается идеальная модель движения частиц вещества по наклонной поверхности в полном соответствии с законами физики описывающих равномерное движение. •

Схематическое изображение движения частиц_по наклонной пояерхност" выглядит следующим образом:

- и -

где к. - высота, £ - длина, <Х, - основание, т^ сила тяжести, /V - сила реакции опоры, ргр - сила трения, Рр- - потенциальн, сила.

При условии равномерного движения:

При переходе к скалярному виду уравнение записывается следующим об зом: Рр -- ^^ "./1 . потому что

= рт^-Со/оС

Так как j\ - ^ сС и при малых оС о/ -

поэтому . рр. ~ т § (£><-лоС -/>сп</• Со/'об)

или Рр - т^ (■/ _7

где ¿¿п</ = ^ ; С^сб = -^А2

Зная /5>1-п и Со^оС можно рассчитать модуль / Рр- /, I

торый мы назвали потенциальной силой, в любой точке поля-рельефа I затем использовать эти данные для построения идеальной модели пол; потенциальных сил и "портретных" моделей переноса вещества в сист( "озеро-водосбор".

Прежде чем проводить исследования объекта с помощью модели, в боте рассмотрены вопросы гидрологической роли уклонов и педологич' кие особенности весеннего стока.

Сложность выявления и противоречивость имеющих полевых и'экс] ментальных данных о влиянии на формирование, стока отдельных компо) тов ТПК в пределах исследуемой территории требует формализации вв мых величин. Поэтому при исследовании объекта с помощью модели по, потенциальных сил вводятся осадки осенне-зимнего периода и осадки сеннего периода до сремени наступления среднесуточных температур : духа 5°С. Учитывая то обстоятельство, что увлажненность территори подвержена колебаниям как в отдельные годы, так и более длительны промежутки времени, используются экстремальные суммы осадков, вво мых в модель 10-процентной и 90-процентной обеспеченности.

Сравнивая "портретные" модели поля потенциальных сил при вво активной влаги 10 и 90-процентной обеспеченности отмечаются следу закономерности: большее увеличение векторного поля сил происходит ллуч.чг осадков 10-процентной обеспеченности, чем при 90-процентно

обеспеченности и это очевидно; дифференциация поля сил на повышенные и пониженные участки распределяется унаследовано участкам идеальной модели поля потенциальных сил.

Для выявления активной и пассивной частей водосбора по отношению к стоку использованы данные полевых стационарных наблюдений, проводимых на стоковых станциях и проведен сопряженный анализ ландшафтных и модельных исследований. Активной частью водосбора в нашем случае считается та его площадь, которая формирует сток в озеро и, естественно, определяет его состояние.

Степной ландшафт состоит из цепочек систем, лежащих на геоморфологических профилях, проходящих от самых высоких точек данной местности к самым низким.- Эти цепочки систем, именуемые катенами, представляют собой природные экологические градиенты /Мордкович, 1982/, по которым сверху вниз увеличиваются количество влаги, поглощающееся количество тепла, в почвенном поглощающем комплексе кальций постепенно замещается натрием и ксерофилы уступают место мезо-, а затем гидрофилам. Почвы, как один из основных компонентов ландшафта, являясь результатом особенностей климатических условий, рельефа,, растительности, поверхностного и грунтового увлажнения и почвообразующих пород, отражают сочетание этих условий в своем строении.

На основании площадных геоботанических съемок, проводимых автором, экспедициями БИНа г.Ленинграда и филиалом Гипрозема КазССР г.Кокчетава крупного масштаба /1:25000/ нами построен график зависимости размещения ареалов почв и величин поля потенциальных сил при осадках 90-процентной обеспеченности. Анализируя эту зависимость, приходим к выводу, что солончаковые, солонцовые и болотные почвы приурочены к полю слабых потенциальных сил. Небольшие коэффициенты вариации для солончаков /Су = 0.38/, солонцов луговых /С у = 0.40/, солонцов лугово-степных /Су = 0.46/ даст возможность полагать о достаточно четкой приуроченности этих комплексов почв к определенным величинам поля сил /рис.1/. Существование вариативности естественно, так как эти комплексы почв обычно формируются в нижней части катены степных экосистем и обладают значительной /наибольшей/мобильностью/. Они более отзывчивы и быстрее изменяют свое состояние на внешние колебания /прежде всего поступления тепла и влага/. Здесь же следует отметить, что варивбильность соотношения поля потенциальных сил и почвенного покрова связана и с тем, что модель построзна на ссредненных величинах - формализация такого плана также вносит свск лепту в вариативную ситуации.

Для сравнения нами построен график зависимости между почвами и полем потенциальных сил при 10-процентной обеспеченности. Рассматривая отот вариант зависимости, убеждаемся в его большей вариативности. Так, коэффициент вариации /С у / для солончаков равен 0.42, для солон' цов луговых - 0,64, а солонцов лугово-степных и степных - 0.78. Увели чение /по сравнению с первым вариантом/ коэффициентов, по всей видимо' ти, объясняется тем, что территории водосбора, занятые этими почвами в период большого увлажнения включаются в формирование поверхностного стока и меняют свою аккумулятивную функцию на транзитную, то есть про ходят более длительную гидроморфную стадию.

Таким образом, наиболее тесная связь полей потенциальных сил для осадков 90-процентной обеспеченности с современным почвенным покровом района дает основание предполагать, что существует тенденция к снижению увлажненности территории и аридизации климата в целом. Подобные высказывания в современных публикациях ряда авторов в различных геогр фических жанрах создают дополнительную уверенность в этом выводе.

Итогом исследований по поводу действия с моделью потенциальных сил явилось выявление площадей активного и пассивного водосбора по -от ношению формирования стока в системе "озеро-водосбор". Выделение пассивных участков озерных бассейнов проводилось на основании "портретных" моделей 10-процентной и 90-процентной обеспеченности атмосферными осадками, а также по площадям распространения почв, непосредственн связанных р полем слабых и средних потенциальных сил'.

Построенные диаграммы активной части водосборов, озер Имантау, Жаксн-Жангизтау /рис.2/, Щучье и Улукуль дают возможность сделать нек торые выводы: в годы большого увлажнения /IO-процешной обеспеченност территория пассивной части водосборов колеблется от 10 до 20% - Зерен динско-Жабайский ФГР: оз.Щучье - 10.2%; оз.Имантау - 18$; оз.Лексы-Ia гизтау - 14$; Рузаевского §ГР - оз.Улукуль - 20$; в годы же малой увлажненности /90-процентной обеспеченности/ площадь сокращения актиЕ ной части водосбора увеличивается в более широком диапазоне. Так, для оз.Имантау на 28$, озЖаксы-Жангизтау - 23$, оз.Щучье - 12%, /Зерендиь ко-1абайский ФГР/, оз.Улукуль - 43$ /Рузаевский ФГР/ увеличение варив тиинссчи сокращения активных площадей водосборов связано и с тем, чтс в годы малого увлажнения пассивные участки бассейнов формируются не только в поле слабых, но и средних потенциальных сил, распространение iDTO|iix в пределах озерных систем Кокчетавской возвышенности отличаете большим разнообразием.

I

_________ V Л-п.

'1(0) '2(0.А) >5(алгс.) Ч (р.с.) 16(Л) 1 *8(у.а; 19 (с--риел>оиы^

Рис. I График зависимости величин поля потенциальных сил / / при атмосферных осадках 90 ^-ной обеспеченности и распределения почз / I - 9 /. Бассейны: О -оз.Имантау; в - оз.Яаксы-Жангизтау; Д - оз.Улукуль; □ - оз .Щучье

Рис. 2 Круговая диаграмма активного водосбора оз.Имантау /А/ и оз. Жаксы-1ангизтау /Е/

- площадь водосбора, принятая за 100 %

— - •• активный водосбор при 10 ной обеспеченности

активный водосбор при 90 £-ной обеспеченности атмосферны-.и осадками

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследована геосистема "озеро-водосбор", определены основные элементы ее структуры, закономерности ее развития и создана методика оценки функционирования подобных систем.

Использованы и нашли себе подтверждение при создании модели функционирования озерных систем методологические положения, основные из которых являются:

- использование в качестве структурного и функционального объекта озера с водосбором как территориально-аквального геокомплекса,, имеющего четко выраженные природные границы с присущим для него особенностями миграции вещества и энергии;

- использование в качестве основы исследования структуры и функционирования системы "портретных" моделей поля потенциальных сил, что дает возможность анализировать динамику состояния системы при различных внешних воздействиях;

- применение методов математической статистики с целью сокращения объем'1, исследований;

- использование в качестве основных расчетов главных факторов, оказывающих влияние на формирование переноса вещества;

- возможность расчетов функционирования озерных систем в короткие сроки со значительных по площади территорий водосборов; а

- получение наглядной пространственной информации о функциональном состоянии водосбора в виде векторного поля процессов.

В соответствии с выработанными направлениями и поставленными задачами в диссертации получен ряд результатов, имеющих новизну решения.

1. Определена структура и функционирование озерных геосистем как территориально-аквальных комплексов.

2. Разработана методика расчета функционирования озерных систем - определение динамики и трансформации вещества и энергии при различных состояниях внешней среды.

3. Предложена методика автоматизированного определения морфомет-рических характеристик рельефа для построения "портретных" моделей поля потенциальных сил озерных бассейнов.

Предложен сопряженный анализ поля потенциальных сил и компонентов ландшафта /почв/ как объективный критерий разработанной модели.

5. Предложен способ выявления активной и пассивной части водосборов по отношению к стоку, т.е. способ выявления редукции стока.

В итоге проведенных исследований создана методика оценки функционирования озерных геосистем. Апробирование предложенных в диссертации подходов проведено на примере озерных систем Кокчетавской возвышенности. Дальнейшую разработку данной проблемы целесообразно проводить по направлению оценки антропогенных воздействий на озеро и его водосбор, которые могут ускорять, замедлять или, наоборот, противостоять естественным процессам в системе "озеро-водосбор".

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. О происхождении озер Малое и Большое Чебачьи /Северный Казахстан/. В сб.: Физическая география. ХХУШ Герцоновские чтения. Научн.докл., Л.,ЛГПИ, 1975, с.77-80.

2. О формировании террасовых уровней на побережье озера Якши-Янгизтау, В сб.: Физическая география. XXIX Герцоновские чтения- Научн.докл., Л., ЛГПИ, 1976, с. 24-26.

3. Природа развития побережий некоторых озер Кокчетавского массива.

В сб.: Физическая география. XXX Герцоновские чтения. Научн.докл., Л., ЛГПИ, 1977, с.21-27.

4. Изменение побережий озер под влиянием естественных и антропогенных факторов. В кн.: Вопросы охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Сб.научн.тр., Л., ЛГПИ, 1978, с.ПО-116.

5. Особенности связей между гидрологическими элементами гидроморфной системы /на примере озер Кокчетавской возвышенности/. В кн.: Развитие и преобразование природной среды. Межвуз.сб.научн.тр., Л., ЛГПИ, 1980, с. 46-51.

6. Морфометрические исследования озер Кокчетавской Еозвышенности. В кн.: Развитие и преобразование природной среды. Межвуз.сб.научн.тр

. Л., ЛГПИ, 19е0, с.87-95.

7. Моделирование динамики озерных систем степной зоны /на примере озер Кокчетавской возвышенности/. В сб.: Зональные особенности изменения структуры и функционирования систем под влиянием естественных и антропогенных факторов. Межвуз.сб.научн.тр., Л., ЛГПИ, 1986, с.217-222, Деп. в ВИНИТИ, № 5687 - В 88.