Содержание к диссертации
Введение
1. Подходы к морфометрическому анализу рельефа 12
1.1 Основные этапы развития морфометрии как области знаний 12
1.2 Цели и задачи морфометрического анализа 14
1.3 Этапы морфометрического анализа 16
1.3.1 Предварительная оценка существующей картографической информации 16
1.3.2 Сбор и картографическая фиксация первичной информации 17
1.4 Представление рельефа в ЭВМ 19
1.4.1 Векторная модель данных 20
1.4.2 Растровая модель данных 21
1.4.3 Методики построения цифровых моделей рельефа 24
1.5 Морфометрические характеристики рельефа 29
2. Создание цифровой модели рельефа для целей морфометрического анализа 38
2.1 Построение предварительной модели 38
2.2 Построение цифровых моделей рельефа при помощи кубических парабол 41
2.3 Методика отбора данных для локальной модели 43
2.4 Создание гидрологически корректной цифровой модели рельефа 46
2.5. Построение цифровой модели рельефа Республики Татарстан 47
2.6 Сравнительный статистический анализ различных методик построения цифровых моделей рельефа 50
2.7 Качество модели рельефа и масштаб исследований 58
3. Морфометрический анализ рельефа Республики Татарстан
3.1 Абсолютная высота 74
3.2 Крутизна 77
3.3 Экспозиция 80
3.4 Плановая кривизна 83
3.5 Профильная кривизна 86
3.6 Длина линий тока 89
4. Географический анализ морфометрических характеристик рельефа Республики Татарстан 92
4.1. Глубоко расчлененная денудационная ступенчатая равнина ярусных плато 94
4.2. Умеренно-расчлененная денудационная равнина нижнего плато 103
4.3. Слабо расчлененная низкая полигенетическая равнина 117
4.4. Очень слабо расчлененная аккумулятивная террасовая равнина левобережий крупных рек-Волги, Камы и Вятки 126
5. Районирование рельефа на основе его морфометрических показателей с использованием ГИС - технологий 137
5.1 Использование самоорганизующихся отображений Кохонена для автоматизированного районирования территории 138
5.2. Методика построения самоорганизующихся отображений 140
5.3. Автоматизированное районирование рельефа Республики Татарстан .143
5.4 Обсуждение результатов районирования 151
6. Использование результатов морфометрического анализа для решения геоэкологических задач (на примере эрозионных потерь почвы) 160
6.1 Значение рельефа для поверхностного смыва 160
6.2 История вопроса оценки потенциального смыва почв 161
6.3 Методика расчета потенциальных потерь почвы от стока дождевых вод 167
6.4 Методика расчета потенциального смыва почв от стока талых вод 171
6.5 Построение и анализ карт потенциального смыва почв
6.6. Расчет потенциального годового смыва 189
6.7. Допустимые потери почвы 193
Заключение 200
Список использованной литературы 202
- Предварительная оценка существующей картографической информации
- Методика отбора данных для локальной модели
- Плановая кривизна
- Слабо расчлененная низкая полигенетическая равнина
Введение к работе
Актуальность темы. Рельеф является одним из главных факторов, обуславливающих развитие различных природных процессов на поверхности Земли. Он во многом определяет особенности формирования поверхностного стока и широкого спектра склоновых экзодинамических процессов, перераспределяет приходящую солнечную радиацию, обуславливая, тем самым, ландшафтную дифференциацию даже на локальных территориях.
Анализ вклада рельефа в функционирование геосистем требует использования количественных методов, одним из которых является морфометрический анализ, традиционно являющийся методом геоморфологии. Однако морфометрический анализ может быть с успехом использован и для решения различных геоэкологических задач.
Рельеф наилучшим образом может быть охарактеризован системой морфометрических показателей, зафиксированных на соответствующих картах. Интенсивное развитие на современном этапе геоинформационных технологий позволяет существенно упростить получение массового количественного материала по рельефу и его представление в виде тематических карт. Поэтому в настоящее время широко используют электронное описание рельефа, которое в контексте географических информационных систем (ГИС) представлено цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Во многих наиболее известных на сегодняшний день ГИС реализованы методики построения ЦМР, но все они имеют определенные ограничения и недостатки, что не позволяет в полной мере использовать возможности ГИС для морфометриче-ского анализа. В связи с этим актуальной задачей является разработка методик, позволяющих построить модель рельефа с минимальными искажениями относительно его реальных характеристик.
В региональном плане актуальность работы определяется тем, что до настоящего времени для территории Республики Татарстан (РТ) отсутствуют систематизированные материалы по количественному анализу рельефа. Между тем такие исследования крайне необходимы для оценки вклада рельефа в развитие неблагоприятных экзогенных процессов, активно протекающих на территории РТ (почвенная и овражная эрозия, оползневые и другие склоновые процессы).
Целью диссертационной работы является
Анализ морфометрических характеристик и районирование рельефа Республики Татарстан с использованием ГИС - технологий, в аспекте решения геоэкологических задач.
Грос националЇЇХ^
4 В ходе работы решались следующие задачи:
разработка новой более точной методики построения цифровой модели рельефа;
сравнение точности методик построения цифровых моделей рельефа (в т. ч. с вновь разработанной методикой);
комплексный морфометрический анализ рельефа РТ средствами ГИС-технологий;
разработка методики автоматизированного районирования рельефа с использованием алгоритма самоорганизующихся отображений Кохо-нена и районирование рельефа территории РТ на основе данной методики;
определение потенциальных потерь почвы РТ от природно-ангропогенной эрозии средствами ГИС-технологий.
Исходные материалы
В качестве исходной информации для получения ЦМР использована электронная векторная топографическая карта РТ масштаба 1:200000, разработанная предприятием РосГИСцентр Федерального агентства геодезии и картографии России (Роскартография). Также привлекалась специализированная эколого-геоинформационная система, где в качестве операционно-территориальных единиц (ОТЕ) использовались элементарные речные бассейны с геопространственной базой данных. Данная система использует первичные данные, отнесенные к бассейнам, и полученные кафедрами ландшафтой экологии, физической географии и геоэкологии КГУ. Кроме того, были использованы: электронная векторная ландшафтная карта РТ масштаба 1:200000, составленная на кафедре ландшафтной экологии КГУ под руководством О.П. Ермолаева; карта почвенного покрова, разработанная ВолгоНИИГипрозем; карта модуля стока взвешенных наносов (А.П. Дедков, В.И. Мозжерин). При расчете потенциальных потерь почвы были привлечены материалы, опубликованные С.Ф.Батыршиной (2005) о запасах воды в снеге за период 1961-2001 гг.
Научная новизна работы
Разработана новая методика построения ЦМР, которая использует в качестве аппроксимирующей функции кубическую параболу и осуществляет моделирование рельефа вдоль линий тока.
Произведена оценка точности построения ЦМР с использованием различных методик. Предложенная методика не уступает по точности моделирования рельефа известным разработкам, а по некоторым показателям превосходит их.
На основе предложенной методики была построена ЦМР регионального уровня генерализации.
Впервые проведен морфометрический анализ рельефа всей территории РТ средствами ГИС-технологий с использованием следующих показателей: абсолютной высоты, угла наклона, экспозиции, плановой и профильной кривизны, длины линий тока. Все эти показатели рассчитаны в узлах регулярной сети. Построен комплект электронных тематических морфометрических карт.
Впервые на основе самоорганизующихся отображений Кохонена разработана методика автоматизированного типологического районирования рельефа, использующая в качестве классификационных признаков морфометрические показатели С использованием данной методики проведено районирование рельефа РТ.
Впервые для территории РТ проведена оценка потенциальных эрозионных потерь почвы на региональном уровне генерализации, построены тематические электронные карты, характеризующие пространственные закономерности эрозии почв.
Практическая значимость работы
Результаты, полученные в данной работе, могут быть применены для решения многочисленных геоэкологических задач: при расчете потенциальных потерь почвы от эрозии, определении устойчивости склонов к проявлению экзогенных процессов, в расчетах по определению прихода солнечной радиации на различные участки склонов, при ландшафтном районировании и планировании.
Разработанная методика может быть использована при построении ЦМР любого масштаба. Она также, может быть применена для построения цифровых моделей структурных поверхностей земной коры.
Результаты исследований внедрены при выполнении пяти проектов по оценке воздействия на окружающую среду при составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений РТ (Первомайское, Бон-дюжское, Кадыровское, Комаровское, Ново-Суксинское месторождения). Результаты исследований внедрены также при издании монографии «Экология города Казани» (раздел «Рельеф и ландшафтная структура города Казани»).
Основные положения, выносимые на защиту
Применение в процессе создания ЦМР кубической параболы в качестве аппроксимирующей функции и осуществление моделирования вдоль линий тока позволяет уменьшить ошибки при построении ЦМР.
Результаты морфометрического анализа рельефа с использованием ГИС-технологий свидетельствуют о том, что на территории РТ существует зависимость между генетико-возрастными характеристиками рельефа и его морфометрическими параметрами. Последнее выражается в существенном изменении количественных характеристик рельефа
при переходе от глубоко расчлененной денудационной
ступенчатой равнины ярусных плато к очень слабо расчлененной аккумулятивной террасовой равнине левобережий крупных рек (Волга, Кама, Вятка).
Применение алгоритма самоорганизующихся отображений Кохонена и набора морфометрических параметров (высоты, угла наклона, экспозиции, профильной и плановой кривизны, длины линий тока), рассчитанных на основе ЦМР масштаба 1:200000 (на примере РТ), позволяет осуществить автоматизированное типологическое районирование рельефа. Результаты районирования могут стать базой для ландшафтного картографирования территории в ранге урочищ.
Определение потенциальных, допустимых, а также безвозвратных потерь почв, представленных в виде электронных карт, может лечь в основу проектирования противоэрозионных мер для территории РТ
Личный вклад автора
Автором разработана предлагаемая в работе методика построения ЦМР, проведен анализ количественных показателей рельефа РТ (получены соответствующие электронные карты). Разработаны методические подходы к автоматизированному типологическому районированию рельефа. Произведена оценка потенциальных эрозионных потерь почвы на территории РТ. Автор благодарит за сотрудничество и помощь на различных этапах работы: проф., д.г.н. О. П. Ермолаева, доц., д.б.н. А. А. Савельева, ст. преподавателя С. С. Мухарамову, а также О.В. Беленко, А.Р Шайхулова, М.Е. Игонина, А.В Колесникова.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались автором на Международных, Всероссийских, региональных и межвузовских научных конференциях в Каини (2003-2005), Краснодаре (2002), Тюмени (2003), Севастополе (2003), Санкт-Петербурге (2005).
Настоящая работа выполнялась в соответствии с НИР кафедры ландшафтной экологии Казанского госуниверситета «Ландшафтно-экологический анализ геопространства» номер государственной регистрации - 01.200.120120. В период 2004 -2005гг. исследования осуществлялись в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 04-05-64897а) - «Изучение роли ландшафтов в развитии природно-антропогенной эрозии с испольюванием современных математических методов (на примере Среднего Поволжья)».
Публикации. Основные результаты работы изложены в 11 статьях и тезисах. Работы опубликованы, либо приняты к печати в федеральных академических и региональных журналах, в международных и межвузовских трудах конференций.
Сгруктура и объем работы. Общий объем диссертации 214 страниц текста. Она состоит из введения, шести глав и заключения. Включает в
7 себя 98 рисунков, 19 таблиц, список литературы, состоящий из 147 наименований, а также 12 приложений.
Предварительная оценка существующей картографической информации
Вторым видом оценки исходных материалов является анализ их качества по следующим критериям: 1) соответствие картографических проекций разных тематических карт; 2) соответствие масштабов (все карты должны быть приведены к одному масштабу); 3Соответствие степени генерализации изображаемых на карте объектов (уровень генерализации объектов на всех картах, подлежащих в ходе морфометрического анализа сравнению, должен быть примерно одинаковым) - последнее особенно важно при проведении анализа по средне- и мелкомасштабным картам (Симонов, 1998).
Наиболее ответственный момент при составлении морфометрических карт рельефа - сбор и картографическая фиксация первичной информации. На этом этапе можно применять следующие приемы.
1. Исходным картографическим материалом служат средне- и мелкомасштабные географические карты. Дальнейшая методика работы по составлению не отличается принципиально от методик составления крупномасштабных морфометрических карт.
2. В качестве основного источника используют крупномасштабные топографические карты на отдельные типические, т. н. ключевые, участки территории. Составленные обычными методами карты этих участков обрабатывают статистически, а затем характеристики распространяются на более крупные территории.
3. В качестве источников используются крупномасштабные карты на всю территорию или на типические участки. Измерения параметров проводят точечно-статистическим методом, и в дальнейшем статистически обработанные данные относятся к территориям природных или хозяйственных районов. Первый путь составления, вероятно, наименее трудоемок, при наличии соответствующих методик фиксации картографического материала, позволяет получить информацию с хорошей пространственной привязкой и дробностью контуров. Выделенные на картах территории соответствуют конкретным величинам характеристик их рельефа. Однако количественные оценки параметров искажены уже из-за особенностей составления исходных географических карт рельефа среднего и мелкого масштабов.
Для устранения искажений морфометрических показателей, генерализацией служит точечно-статистический метод.
При условии рассмотрения рельефа как поля высот и использования ГИС-технологий, анализ всех без исключения его количественных характеристик предлагается приблизительно по одной и той же процедуре: 1. Выбирается сетка квадратов (или сетка узлов) определенного размера; 2. В каждом из квадратов проводится измерение интересующего нас свойства (например, абсолютной высоты); 3. Результаты измерений представляются в виде регулярной выборки; 4. Осреднение полученных данных в узле сетки методом «скользящего окна». 5. Визуализация полученных результатов. Методически и методологически эта система обосновывается В.А. Червяковым (1979).
Фактически в качестве ОТЕ используется узел регулярной сетки, а все вместе они образуют статистическую поверхность (Robinson, 1961), топографическую поверхность (Соболевский, 1932) или детерминантно-статистическую модель (Черванев, Голиков, Трофимов, 1986).
«Статистичность» - рассматриваемой поверхности объясняется тем, что такая сетка узлов или квадратов, является выборкой из генеральной совокупности данных, каковой является реальный рельеф.
Изучение статистических поверхностей предполагает изображение их на географических картах. Статистические поверхности в настоящее время изображают на картах тремя основными методами: 1- изолиниями, 2 - в виде цветовой картограммы, методом светотеневой пластики иногда применяются другие методы.
А.Х. Робинсон (1961) справедливо отметил исключительную важность карт статистических поверхностей для географии. Эти карты не только облегчают изучение закономерностей территориального размещения явлений, но и помогают наиболее эффективно применять математику в географических исследованиях.
Несмотря на довольно большое количество карт статистических поверхностей, при их составлении рекомендуется руководствоваться некоторыми общими правилами, в основе которых лежит свойство сплошного непрерывного распределения скалярных и векторных характеристик картографируемых полей, а также принципиальная невозможность производства измерений во всех точках местности.
Пространственное моделирование, моделей рельефа и их анализ постепенно становятся неотъемлемой частью исследований в науках о Земле (геоморфология, геология, тектоника, гидрология, океанология, и т.д.), в экологии, земельном кадастре и инженерных проектах. Компьютерная обработка пространственных данных находит широкое применение при анализе распространения участков загрязнений, в моделировании месторождений, а также во многих проектах по устойчивому развитию территорий. Отсюда следует, что необходимо каким-то образом получать, хранить, анализировать информацию о рельефе. Подобные задачи призваны решать ГИС. Одной из ключевых задач здесь является представления (или хранения) данных о рельефе. В контексте ГИС рельеф представляется как ЦМР в виде растровой модели, либо как векторная модель. Например, Берлянт (2001) ЦМР определяет как - совокупность (массив, файл) высотных отметок Z взятых в узлах некоторой сети точек с координатами X, Y и закодированных в числовом формате.
Методика отбора данных для локальной модели
Морфометрический анализ рельефа для территории РТ проводился в рамках различных исследований геоморфологической, так и геоэкологической направленности.
Одними из первых фундаментальных работ, в которых проводилось морфометрическое описание рельефа республики, были труды В.Н. Сементовского (1940, 1955, 1963). Морфометрический анализ был направлен на определение роли процессов, формирующих рельеф. Так, например, в работе «Закономерности морфологии платформенного рельефа» были определена средняя высота РТ до образования Куйбышевского водохранилища и распределение площадей по трем высотным ступеням: менее 100 м; 100-200 м; 200-300 м. Расчет производился по гипсометрической карте. Для характеристики долинно-балочной и овражной расчлененности РТ были рассчитаны показатели густоты расчленения, при этом, здесь впервые использовалась такая ОТЕ, как узел координатной сетки (размер прямоугольника, ограниченного узлами сети составлял 100 км ). В.Н. Сементовским была рассчитана глубина расчленения, по бассейнам крупных рек (р. Зай, р. Ик) и планшеты топографических карт. Им же были рассчитаны т. н. изогипсометрические коэффициенты, которые предложил В.А. Бахтин (1931) для характеристики степени расчлененности рельефа. Сементовским построены поперечные и продольные профили по выбранным направлениям для основных орографических районов РТ. Большое внимание им уделено построению румбограмм для визуализации степени асимметрии речных долин.
Некоторые морфометрические характеристики рельефа для части территории РТ были рассчитаны А.П.Дедковым в его работе «Экзогенное рельефообразование в Казанско-Ульяновском Приволжье» (1970). Для данной территории рассчитаны углы наклона некоторых приводораздельных склонов, а также крутизна склонов речной и овражно-балочной сети. Кроме того, были определены показатели густоты овражного, балочного и речного расчленения. Основным источником материала послужили полевые геоморфологические и геологические исследования, которые проводились им на протяжении многих лет
Пожалуй, наиболее детально расчет морфометрических характеристик рельефа РТ был произведен сотрудниками кафедры физической географии Казанского госуниверситета в рамках проведения работ по определению овражного расчленения территории («Овражная эрозия востока Русской равнины», 1990). Количественные параметры рельефа приводились к элементарным бассейнам, которые соответствуют второму и третьему их порядку (по классификации Стралера-Философова).
В работе решались следующие задачи: получение объективной картины распространения овражной сети; анализ факторов, определяющих распространение и интенсивность овражной эрозии; получение данных о современной динамике овражных форм; районирование территории по интенсивности овражной эрозии. В рамках работы достаточно детально были рассчитаны следующие показатели: длина балочной, овражной и долинной сети (определялась вручную по аэрофотоснимкам масштаба: 1:17500; 1:12000; 1:25000; 1:30000, а также по топокартам масштаба 1:50000; 1:200000). Они пересчитывалась затем в соответствующие показатели густоты расчленения. Определялась также глубина расчленения, как разность между максимальной и минимальной отметкой и уклон поверхности водосбора (методом палетки по топокартам). В последствие все показатели. Все эти показатели приведены к сети бассейнов, что не позволяет видеть внутрибассейновой дифференциации этих показателей.
В. П. Философовым (1960) морфометрический анализ рельефа части территории РТ (район Бугульминско-Белебеевской возвышенности) был применен для построения карт базисных поверхностей разного порядка.
Кроме того, мофометрический анализ рельефа РТ выполнялся О.П. Ермолаевым, с целью оценки процессов эрозии в бассейновых геосистемах Среднего Поволжья (Ермолаев, 2002). В этой работе О.П. Ермолаевым использовано два подхода: первый - векторный, основанный на расчете показателей внутри заданной сетки районов (в данном случае внутри элементарных бассейнов второго или третьего порядка, административных районов, ландшафтные районы); второй - растровый, базирующийся на построении ЦМР при расчете карт морфометрических показателей.
Реализуя первый подход, О.П. Ермолаевым рассчитаны такие показатели как: густота балочного расчленения; густота речного расчленения; средний уклон бассейнов; глубина эрозионного расчленения; средняя и максимальная высота; соотношение территорий по интервалам высот.
При осуществлении второго подхода указанным автором была построена ЦМР. При этом было использовано программное средство «MagSurf», авторами которого являются, как уже отмечалось, С.Н. Сербенюк, СМ. Кошель и О.Р. Мусин. В качестве исходных данных были использованы горизонтали топографической карты масштаба 1 : 200000. Шаг сетки ЦМР был равен 400 м. Основываясь на этой модели были рассчитаны карты следующих морфометрических показателей - угол наклона, экспозиция, кривизна поперечного профиля и длина линий тока.
Элементы морфометрического анализа были также использованы в кандидатской диссертации В.В. Мозжерина (2003) при реконструкции рельефа денудационного и аккумулятивного рельефа, сложившегося к началу эоплейстоцена на территории РТ.
Морфометрический анализ рельефа поволжского региона, и в частности РТ, используя при этом цифровую модель рельефа, был проведен И. Ю. Черновой, Д. И. Хасановым, И. Я. Жарковым, Р. Р. Бильдановым, Т. С. Кашириной (2005). Работа нацелена на выявление и исследование зон новейших движений земной коры с помощью ГИС-технологий. Основным инструментом при построении ЦМР и морфометрического анализа был программный комплекс ArcGis, в частности модуль TopoGrid. Поскольку исследования охватывали большую территорию, то шаг между узлами регулярной сетки ЦМР был задан 200 м. В качестве исходных данных авторами использовались горизонтали топографической карты масштаба 1:200000. Для дальнейшего получения карт базисных поверхностей были рассчитаны карты направления водных потоков, карта порядков водных потоков, карта кумулятивного потока. Однако, детальный анализ целого ряда морфометрических показателей авторами не проводился.
Морфометрический анализ рельефа РТ был также проведен в работе сотрудников ГУП «Татарстангеология» А.В.Серебрякова, Л.А. Гольмгрейна, Р.А. Уразаева (2005). Авторы используют «растровый» подход. Работа нацелена на прогноз паводковой обстановки. Ими рассчитывались такие показатели как - абсолютная высота, крутизна, экспозиция склонов, площадь водосбора, освещенность склонов с шагом 50 м. Однако, авторами не приводится информация ни о методике расчета значений высот в узлах сетки, ни по масштабу и источнику исходных данных.
Таким образом, несмотря на то, что морфометрические исследования на территории РТ проводились неоднократно, но все они, на наш взгляд, имеют свои недостатки. Работы, проводившиеся до активного внедрения ГИС, не имеют необходимой детальности для решения задач регионального уровня, в силу большой трудоемкости таких исследований. Работы, где были активно использованы ГИС и «растровый» подход, используют для вычисления значений в узлах сетки существующие методики и нацелены на решение вполне определенных задач. В них не проводиться анализа территориальной изменчивости морфометрических величин в связи друг с другом, а также с возрастом и генезисом рельефа.
Плановая кривизна
Вогнутые территории, как и в районах других типов, имеют большие по модулю значения кривизны, чем выпуклые. Кривизна вогнутых территорий изменяется от - 2.72 лог.ед. в Малочеремшанском районе до -3.55 в Брысском. Профильная кривизна выпуклых поверхностей колеблется от 2.66 лог. ед. до 3.4 в соответствующих районах.
Как видно из рисунка 3.10, средние значения профильной кривизны сокращаются в районах третьего чипа по сравнению с районами второго. О сокращении значений также свидетельствуют гистограммы частот (см. прил.9) Уменьшение средних значений обусловлено увеличением условно плоских территорий, например, в Малочеремшанском и Икско-Сюньском районе до 26-27 % от площади всего района (см. ярил. 9).
Из общей картины вновь выпадает Брысский район, который имеет высокие средние значения кривизны и низкую долю условно плоских территорий (около 10 %). По этому показателю он схож с районами второго типа. криви sun. По пому показателю доминирую! На 8 % выпуклые в плане территории. Выпуклый характер территорий, по-прежнему, имеют большие значения плановой кривизны (от 2.73 в Малочеремшанском районе до 3.42 лог. ед. в Брысском), нежели вогнутые (от-2.72 до 3.36 лог. ед. в соответствующих районах).
То есть, средние значения плановой кривизны, так же как профильной, сокращаются в районах третьего типа по сравнению с районами второго типа. О сокращении значений свидетельствуют и гистограммы частот (см. прил. 9). Уменьшение средних значений обусловлено увеличением условно плоских территорий, например, в Икско-Сюньском районе до 24.4 % от площади всего района (см. прил. 9). В Брысском районе, самые высокие средние значения кривизны и малая доля условно плоских территорий, около
На анализируемой территории балочное расчленение близко к другим районам РТ и значительно превышает густоту овражного расчленения. Так, например, в Сульчинском районе густота балочного расчленения - 0.68 км/км , а овражного 0.02 км/км (табл.4.4). При этом видно, что районы Западного Закамья образуют одну группу, а районы Северного-Восточного Закамья другую, с вдвое меньшими значениями. В Брысском районе максимальное значение балочного расчленения равно 0.76 км/км (за счет большой густоты балок на склоне, обращенного к Каме).
Густота долинного расчленения колеблется от 0.28 в Малочеремшанском до 0.46 в Мензелииском районе. Они ниже значений речного расчленения районов второго и первого типов, но выше значений этого показателя районов четвертого типа.
Районы третьего типа имеют меньшую глубину расчленения по сравнению с районами первого и второго, но больше глубины расчленения основной массы районов четвертого типа. Например, районы Западного Закамья в сравнении со всеми выше рассмотренными районами имеют самые низкие значения глубины расчленения: Бахта-Билярский - 88.6 м; Сульчинский - 80.4 м; Малочеремшаиский — 78.4 м. Более высокими числами отличаются районы Северо-Восточного Закамья: Сюньский - 97.4 м; Мензелинский - 101м. Еще большей глубиной отличается Брысский район -112 м. В общем, значения всех этих районов не превышают среднего по РТ 125 м.
Районы отличаются сокращением доли дочетвертичных отложений выходящих на поверхность (от 5 в Мензелииском районе до 40 % в Икско-Сюньском районе) и увеличением элювиальных и делювиальных средне- и верхнечетвертичных отложений(от 40 % в Икско-Сюиьском районе до 74 % в Мензелииском районе), а доля аллювиальных отложения составляет 14-20 %.
Несмотря на схожие значения балочного и долинного расчленения с показателями других районов, а также на большое развитие эллювиально-деллювиальных отложений в районах третьего типа, эти районы, из-за небольших углов наклона, характеризуются низкими показателями овражного расчленения. Значение густоты овражного расчленения варьируют от 0.02 км/км в Сульчипском до 0.11 км/км в Малочеремшанском районе, что много меньше среднего по республике (0.23 км/км ). Выделяется Брысский район - 0.46 км/км , значение овражного расчленения вдвое превосходит среднее по республике и схоже со значениями районов второго типа.
На фоне слабой овражной эрозии уменьшается интенсивность бассейновой эрозии до 0.1 в Сульчипском районе. Особую картину представляет Брысский район - 1.06.
Сток взвешенных наносов в четырех из шести районов близок к средним по республике, который, как отмечалось, составляет 96 т/км в год (табл. 4.4). Более чем в четыре раза отличается от последнего СВН Брысского района (434 т/км в год).
Из-за невысоких значений морфометрических показателей, определявшихся но регулярной сетке, в районах этого типа небольшие значения показателей бассейновой эрозии, несмотря на высокие значения показателей долинно-балочного расчленения и преобладание пород четвертичного возраста.
В целом можно отметить, что районы третьего типа достаточно однородны по набору морфометрических показателей. Исключением является Брысский район, который значительно отличается по всем показателям. Возможно, что если бы при составлении использованной нами схемы районирования были бы использованы морфометрические показатели, то Брысский район был бы отнесен к другому типу. В соответствии с морфометрическими показателями можно выделить две группы районов: первая - районы расположенные в Западном Закамье и вторая - районы Северо-Восточного Закамья. По всей видимости, сказывается влияние неотектонических структур, таких как Мелекесская и Актанышская впадины.
Слабо расчлененная низкая полигенетическая равнина
На первом этапе были рассчитаны потенциальные потери почв от стока дождевых вод в условиях чистого пара и построены соответствующие карты. В качестве ОТЕ был выбран узел сетки, поскольку привязка информации по узлам сетки шагом 100 м позволяет более детально и дифференцированно исследовать явление эрозии чем, например, при привязке к элементарным бассейнам, средняя площадь которых составляет 40 км2.
Смыв дождевыми йодами. Значение потенциального смыва почвы от дождевого стока рассчитывается по формуле 6.5. Смываемость почвы определялась по номограмме (рис. 6.1), опубликованной в сборнике "Актуальные вопросы эрозиоведеиия" (Заславский, Каштанов 1984). В качестве исходных данных необходимы были материалы о содержании гумуса, содержании фракций песка, мелкого песка и ныли. Содержание гумуса и гранулометрический состав почв были взяты из фондовых материалов ВолгоНИИГипрозем и литературных источников с их жесткой привязкой к региону исследований: (Винокуров, 1962), (Колоскова, 1962), (Колоскова, 1964), (Винокуров, 1975), (Винокуров, 1976), (Колоскова, 1985), (Пухачев, Бухараева, 1984), (Винокуров, 1982), (Шакиров, 1982), (Шакиров, 1991). Результаты расчетов смывасмости почв РТ, подверженных эрозии представлены в таблице 6.1.
Затем, используя электронную карту подтипов почв РТ (рис. 6.2) масштаба 1:200000, каждому подтипу почв было присвоено значение смываемости. С помощью программного обеспечения, предоставленного А.А. Савельевым, эти файлы были пересчитаны на регулярную сетку.
Значения эрозионного потенциала осадков были определены по электронной карте (рис. 6.3) эрозионного индекса дождевых осадков 30 -минутной максимальной интенсивности получены с карты М.Ы. Заславского (1983), которая аналогично карте смываемости, была преобразована в регулярную сетку.
Поскольку определение смыва проводилось по растровой сетке с учетом длин линий тока до этого участка и угла наклона, то, естественно, нам необходимы были соответствующие карты, полученные в ходе морфометрического анализа.
В итоге для расчета были подготовлены следующие регулярные растровые сетки - смываемости, эрозионного потенциала осадков, длин линий тока, углов наклона. Здесь следует отметить, что иеэрозионноопасные участки - поймы рек, были исключены из расчетов, поскольку в данном случае доминируют процессы аккумуляции. Границы пойм были взяты с электронной ландшафтной карты РТ масштаба 1:200000.
Используя выше при веденную методику НИЛЭПиРП, нами было написано специальное программное обеспечение, с помощью которого был произведен расчет потенциального смыва почв ливневыми водами (в условиях чистого пара) в каждом узле регулярной сетки (рис. 6.6). При расчете карты потерь почв необходимо учитывать лесопокрытие территории, так как под ними смыв практически отсутствует. Таким образом, расчет потенциальных потерь почв от ливневых вод производился в двух вариантах с учетом площади лесов и без их учета.
Анализ карты потенциального смыва почв от ливневого стока, позволил сделать следующие выводы: значения потенциального смыва меняются от 0 до 258 т/га в год. В среднем по Татарстану ливневым стоком смывается 5.6 т/га в год. Смывом 0 - 1 т/га в год характеризуются 39 % всех площадей, следующий максимум частот приходится на диапазон 5-Ю т/га в год - 20 %. Стоит отметить, что 99 % всех значений лежит в пределах до 32 т/га в год, при этом до 50 % всех значений приходится на смыв от 0 до 5 т/га в год. Общее распределение потенциальных потерь почвы от стока талых вод можно видеть на рисунке 6.4.
Анализ карты потенциальных потерь почвы от стока дождевых вод без учета лесов (то есть при их полном сведении) свидетельствуют о сильном увеличении ливневого смыва. Среднее значение потерь почвы увеличивается до 7.4 т/га в год, что на 32 % больше чем сегодня. Стоит отметить, что площадь лесов РТ составляет 17 %, а прогнозируемый смыв увеличивается на цифру почти вдвое превосходящую залесенность. Объясняется это тем, что в основном леса сохранились на крутых участках склонов. На карте происходит заметное сокращение площадей, характеризующихся смывом 0-1 т/га в год (рис. 6.5). Значение 99% квантили увеличивается до 36.4 т/га в год. Пространственное распределение потенциального смыва почв от стока дождевых вод, при условии сведения лесов, остается схожим с реальными ландшафтными условиями (рис. 6.7).
Смыв талыми водами. В ходе работы рассчитаны потенциальные потери почвы от стока талых вод по зависимости 6.8, а также изменения потенциальных потерь почвы от стока талых вод за период 1961-2001гг., с построением соответствующих тематических карт. Для расчета талого смыва за период 1961-2001 гг. были использованы материалы многолетних наблюдений за запасами воды в снеге, опубликованные С.Ф. Батыршиной (2004).
Для расчетов необходимо было дополнительно подготовить следующие регулярные сетки: границ ландшафтных зон (рис. 6.10) , запасов воды в снеге, гранулометрического состава почв (рис. 6.8).
Значения запасов воды в снеге, для расчета величин потерь почвы от талого стока и построения соответствующей карты, были взяты с электронной карты запасов воды в снежном покрове масштаба 1:200000 из фондов Научно-производственной лаборатории "Эколэпд". Она составлена на основе данных по запасам воды в снеге из «Справочника но климату СССР» (1968). Карта была также преобразована в регулярную сетку формата GRD.
