Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и методические основы исследования 10
1.1. Основные концепции изучения эколого-геоморфологического состояния 12
1.2. Подходы к обоснованию выбора основных параметров для количественной характеристики структуры речного бассейна (бассейновый анализ) 13
1.3. Методика исследования структуры речных бассейнов с использованием ЦМР 24
1.4. Оценка антропогенной нагрузки на территорию 29
1.5. Методика оценки эколого-геоморфологического состояния 31
Глава 2. Природные и антропогенные факторы формирования эколого-геоморфологического состояния Приобского плато
2.1. Геологическое строение 34
2.2. Рельеф 45
2.3. Климат 58
2.4. Поверхностные и подземные воды 64
2.5. Почвы и растительный покров 68
2.6. Хозяйственная деятельность 71
Глава 3. Бассейновый анализ Приобского плато 75
Глава 4. Эколого-геоморфологическое состояние территории Приобского плато 95
4.1. Анализ потенциальной способности речных бассейнов к выносу/ накоплению вещества 95
4.2. Характеристика антропогенной нагрузки на территорию Приобского плато 105
4.3. Эколого-геоморфологическое состояние Приобского плато 113
Заключение 124
Библиографический список 127
Приложения 145
- Подходы к обоснованию выбора основных параметров для количественной характеристики структуры речного бассейна (бассейновый анализ)
- Рельеф
- Бассейновый анализ Приобского плато
- Эколого-геоморфологическое состояние Приобского плато
Введение к работе
Актуальность исследования. Оценка экологического состояния окружающей природной среды в условиях усиления антропогенного воздействия является одной из актуальных проблем геоэкологии, решение которой имеет большое фундаментальное и прикладное значение. К настоящему времени достаточно хорошо разработаны различные подходы и методы оценки экологического состояния территории как на основе отдельных компонентов (атмосфера, вода, почва, биота), так и ландшафта в целом. Однако в них до сих пор не нашел должного отражения рельеф, бассейновая организация которого во многом определяет процессы переноса и накопления вещества, в том числе поступающих в результате хозяйственной деятельности. Решение этой задачи возможно на основе анализа эколого-геоморфологического состояния территории с учётом её бассейновой организации.
Приобское плато является одной из наиболее густонаселенных и освоенных в хозяйственном отношении территорий юга Западной Сибири. Кроме того, плато является крупной морфоструктурой юго-восточной части Западно-Сибирской низменности, поверхность которой прорезана ложбинами древнего стока, унаследованными долинами современных рек Кулунды, Касмалы, Барнаулки и Алея. Интенсивное эрозионное расчленение и высокая динамика рельефообразующих процессов (выноса/накопления вещества) наряду с интенсивной антропогенной нагрузкой определяют формирование его эколого-геоморфологического состояния. Наиболее динамичными элементами рельефа Приобского плато являются бассейны 3-го порядка, расположенные на склонах увалов и ложбин древнего стока, принимающие поток вещества с хозяйственно освоенных водоразделов и верхних частей склонов, а затем перераспределяющие его вдоль русловой сети.
Цель работы: оценить эколого-геоморфологическое состояние территории Приобского плато на основе анализа структуры бассейнов 3-го порядка и интенсивности антропогенной нагрузки.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
-
изучить теоретические и методические основы оценки эколого-геоморфологического состояния территории с использованием бассейнового анализа;
-
охарактеризовать природные и антропогенные факторы формирования эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато;
-
на основе цифровой модели рельефа (ЦМР), используя геоинформационные технологии, выделить иерархически упорядоченные элементы речных бассейнов, рассчитать структурные индексы (площадей, длин, уклонов, превышений и бифуркации разнопорядковых русел), с помощью которых выполнить анализ структуры речных бассейнов 3-го порядка на Приобском плато;
-
на основе особенностей структуры определить потенциальную способность речных бассейнов 3-го порядка к выносу/накоплению загрязняющих веществ, перемещающихся в составе лито потоков;
-
определить интенсивность антропогенной нагрузки на территорию Приобского плато;
-
оценить степень благополучия эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато по отношению к переносу загрязняющих веществ с литопотоками.
Объект исследования: речные бассейны 3-го порядка, расположенные на склонах увалов и Кулундинской, Касмалинской, Барнаулкинской и Алейской ложбин древнего стока Приобского плато.
Предмет исследования: эколого-геоморфологическое состояние речных бассейнов 3-го порядка Приобского плато.
Фактический материал: в основу работы положены авторские исследования, в том числе полевые наблюдения различных звеньев эрозионной сети Алтайского края с 2000 по 2012 гг., анализ средне- и крупномасштабных топографических карт, тематических карт и атласов, цифровых моделей рельефа (ЦМР) различного пространственного разрешения. На основе ЦМР рассчитаны характеристики, описывающие структуру речных бассейнов, построены необходимые для анализа гипсометрические профили. При оценке антропогенной нагрузки на территорию использованы данные Федеральной службы государственной статистики в разрезе муниципальных образований, а также данные литературных источников.
Теоретическую основу исследования составляют научно-методические принципы и идеи: 1) выделения эколого-геоморфологического состояния территории (Кружалин, 2001; Кружалин и др., 2004; Новаковский и др., 2005); 2) бассейнового анализа (Симонов, 1972; Симонов, Симонова, 2003; Кичигин, 1975 и др.); 3) анализа ЦМР в гидрологических и геоморфологических исследованиях (Яковченко и др. 2004; Tarboton, Baker, 2008; Tarboton et. all, 2009; Гарцман и др., 2008; Прасолов, 2001); 4) оценки потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества на основе их структуры (Кружалин, 2001; Кружалин и др. 2004; Новаковский и др., 2005); 5) оценки антропогенной нагрузки на региональном и субрегиональном уровне (Исаченко, 2001).
В работе применены традиционные и современные методы исследования: сравнительно-географический, картографический, полевых наблюдений, аналогии, математической статистики, морфометрического анализа рельефа, а также графоаналитический и геоинформационный.
Научная новизна.
1. Впервые для юга Западной Сибири на основе цифровой модели рельефа с
помощью геоинформационных технологий пространственного моделирования
русловой сети проведено выделение иерархически упорядоченных элементов
структуры речных бассейнов, рассчитаны их количественные характеристики.
2. На основе анализа структурных индексов площадей, длин, уклонов,
превышений и бифуркации установлены закономерности бассейновой организации
территории Приобского плато.
3. Предложен метод оценки эколого-геоморфологического состояния
территории, основанный на комплексном анализе двух критериев: 1) потенциальной
способности речных бассейнов к выносу/накоплению загрязнений и 2) интенсивности
антропогенной нагрузки.
Основные защищаемые положения:
1. Структура речных бассейнов 3-го порядка определяется их приуроченностью
к склонам увалов и ложбин древнего стока Приобского плато, особенности которых
обусловлены природными условиями и историей развития территории.
-
Анализ структуры речных бассейнов 3-го порядка через структурные индексы водосборных площадей, длин, уклонов и бифуркации, рассчитанные на основе цифровой модели рельефа с использованием геоинформационных технологий, позволяет выявить особенности пространственного распределения литопотоков и создает основу для оценки потенциальной способности территории к самоочищению.
-
Оценка эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато основывается на сопоставлении интенсивности антропогенной нагрузки и
потенциальной способности речных бассейнов 3-го порядка к выносу / накоплению загрязняющих веществ.
Теоретическая и практическая значимость работы. Сопоставление особенностей структуры речных бассейнов с антропогенной нагрузкой позволяет проводить экспресс-анализ геоэкологического состояния территории. Результаты анализа могут быть востребованы при планировании размещения хозяйственных объектов, обосновании размещения пунктов сети геоэкологического мониторинга, а также при оценке земельных ресурсов. Выявление особенностей структуры речных бассейнов необходимо при проведении экстраполяции измеренных показателей на соседние бассейны-аналоги, а также для прогнозирования последствий природопользования.
Публикации и апробация работы.
Основные положения диссертации отражены в 21 публикации, в том числе 3 из них - в изданиях, включённых в перечень ВАК. Результаты исследований докладывались на конференциях разного уровня: «Проблемы региональной экологии» (Новосибирск, 2000), «Горы и человек: антропогенная трансформация горных геосистем» (Новосибирск, 2000), «Сергеевские чтения» (Москва, 2000), «Антропогенная трансформация горных геосистем (Алтай и Саяны): история, состояние и проблемы» (Барнаул, 2001), «Горы и человек: От стратегии природы к стратегии Разума» (Барнаул, 2002), «Рельеф и человек» (Иркутск, 2004), «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2006), «Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы развития природы и общества» (Смоленск, 2006), «Земная поверхность, ярусный рельеф и скорость рельефообразования» (Иркутск, 2007), «Двадцать четвертое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Барнаул, 2009), «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж, 2009), «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (Томск, 2009), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011), «ИнтерКарто-ИнтерГИС 17: Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Белокуриха, Денпасар, 2011), «Географическое образование в Сибири» (Барнаул - Горно-Алтайск, 2011).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 53 рисунка и состоит из введения, 4 глав и заключения. Список литературы содержит 164 наименования.
Благодарности. Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю д.г.н., проф. Геннадию Яковлевичу Барышникову. Автор глубоко признателен д.г.н., проф. Ю.Г. Симонову и к.г.н., доц. Т.Ю. Симоновой, которые ввели его в теорию и практику бассейнового анализа, а также оказали большую помощь и внимание. За многолетнее конструктивное сотрудничество автор выражает признательность к.г.-м.н., доц. С.Г. Платоновой. В работе над диссертацией помогли ценные советы и консультации д.г.н., проф. Ю.И. Винокурова, д.г.н., проф. Б.А. Краснояровой, д.г.н., проф. Б.Н. Лузгина, д.г.н., проф. A.M. Малолетко, к.г.н., доц. О.Н. Барышниковой. Автор выражает им свою искреннюю благодарность. За поддержку и внимание к работе автор благодарит к.г.н., доц. О.В. Останина, В.Ф. Резникова, к.г.н. Н.В. Стоящеву, к.г.н. доц. И.Д. Рыбкину. Огромное спасибо коллективу географического факультета АлтГУ за благожелательное отношение и поддержку.
Подходы к обоснованию выбора основных параметров для количественной характеристики структуры речного бассейна (бассейновый анализ)
Географическая оболочка Земли, представляющая собой чрезвычайно сложную систему, обладает полиструктурностью и может быть охарактеризована посредством различных видов территориальной организации составляющих ее предметов, явлений и процессов: ландшафтной, структурно-геологической, климатической, почвенной, геохимической, бассейновой и другими. Структурной единицей бассейновой организации географической оболочки является речной бассейн (Симонов, Симонова 2003).
Бассейн реки - часть земной поверхности, включая толщу почвогрунтов, откуда происходит сток вод в отдельную реку или речную сеть. Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы. Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, с которого воды поступают в данную реку. Подземный водосбор образуют толщи почвогрунтов, из которых вода поступает в речную сеть. Границы поверхностного и подземного водосборов могут не совпадать (Чеботарев, 1978).
Исследование бассейновой организации территории, во многом определяющей распределение тепла и влаги по земной поверхности, позволяет более полно раскрыть закономерности других видов пространственной организации географических систем. Изучению речных бассейнов в разных аспектах для решения различных прикладных и фундаментальных задач посвящена обширная англоязычная (Basin news, 1998; Chambolle, 1994; Charter for Sustainability, 1997; Chorley, 1971; Christit, 1986; Firey et soil, 1960; Funnel, 1988; International Law Association, 1967; Khan, 1999; Lake Champlain Basin Program, 2000; LAWA, 1993; Lee, 1989; Newson, 1998; New strategies..., 1999; Platonova, 2011; Scheidergger, 197; Schumm, 1977; The Fraser Basin Counsil, 1997 The Tennessee.., 1993; Wahl, 1989; Whaite, 2008; Woolhouse, 1995 и др.) и отечественная (Булавко, 1971; Булатов, 1986; Бурлакова, 1985; Винокуров, 1997, 2013; Вирский, 1960; Генеральная схема..., 1985; Геремчук, 1960; Глазовская, 1988; Жекулин, 1989; Жерелина, 1990, 1998, 1999; Комлев, 1966; Маккавеев, 1986, 2003; Перельман, 1975; Подколзин, 2004; Полынов, 1956; Путилин, 1988; Рунова и др., 1993; Серегин, 1980, 1981, 1988; Симонов, Кружалин, Симонова, 2001; Симонова, 1992; Скалой, 1999; Смирнов, 1951; Смольянинов, 1996, 2003; Ткачёв, 2002; Чепурко, 1981; Щукин, 1960 и др.) литература. Автор настоящего диссертационного исследования на протяжении последних лет неоднократно рассматривал речной бассейн как объект изучения (Скрипко, 2000, 2001, 2002, 2004, 2006, 2007, 2009, 2010, 2011, 2012; Платонова, Скрипко, 2004, 2012; Коверникова, Скрипко, Антюфеева, 2011; Кошелева, Скрипко, Цхай, 2007).
В рамках геоморфологического подхода к изучению речного бассейна, которому следует автор настоящей работы, одну из центральных позиций занимает исследование его структуры. В качестве инструмента исследования структуры используется бассейновый анализ, с помощью которого раскрывается бассейновая организация территории.
Впервые представление о внутренней согласованности системы речных долин сформулировано в конце XIX века в работах Плайфера, опираясь на которое, строение речных бассейнов детально исследовал Р. Хортон (1948). В России вопросы происхождения, времени образования и геологического строения речных долин фактически впервые исследовал В.В. Докучаев (1949). В последующем бассейновые системы рассматривались в работах А. Стралера, В.П. Философова, Н.А. Ржаницина, А. Шайдеггера, Р. Шрива, Н.П. Матвеева и др.
Речные бассейны как геоморфологические системы в более поздних исследованиях рассматривали также: А. Шоллей, Н.С. Бевз, Ю.Г. Симонов, Т.Ю. Симонова, О.В. Кашменская, И.Г. Черванев, Р.С. Чалов, И.П. Ковальчук, Р.А. Кравченко, В.И. Шмыков и др.
Признание речного бассейна, как целостной системы объединяет представителей других направлений. Как природная географическая система (геосистема) в широком понимании речной бассейн рассматривали в своих работах Ф.Н. Мильков (1972, 1986, 1990), Л.М. Корытный (2001), С.Я. Сергин (1980, 1981, 1988), В.М. Смольянинов (1998, 2002), А.Ю. Ретеюм (1971, 1973, 1975), К.Н. Дьяконов (1977), А.Я. Немыкин (2005).
Ю.Г.Симонов (2004) видит развитие концепции речного бассейна, как геоморфологической системы в развитии направления, связанного с исследованием структуры бассейнов, определения возраста бассейнов различных порядков, восстановление истории развития речных систем; создания моделей информационного обеспечения управления и регулирования внутрибассейновых и межбассейновых отношений. (Немыкин, 2005)
Остановимся детальнее на вопросах количественного описания структуры речного бассейна, которой посвящена обширная литература. Наиболее общим способом описания структуры речного бассейна является координация русел и фасеток опирающихся на них склонов разного порядка.
Все речные бассейнов, находящихся в различных геологических и имеют общие закономерности в их строении. Плэйфер написал: «Всякая река состоит из главного ствола, питающегося от различных притоков, каждый из которых течет по долине соответствующего размера. Все они вместе образуют систему долин, сообщающихся друг с другом и имеющих такую хорошую согласованность своих уклонов, что ни одна из них не присоединяется к главной долине на слишком низком или слишком высоком уровне» (цит. по Хортон, 1948). Однако основой работы Плэйфера были визуальные наблюдения, и он не располагал ни результатами измерений, ни гидрофизическими законами, необходимыми для их интерпретации (Хортон, 1948). В продолжении исследований Плэйфера Р. Хортон (1948) применил количественный подход к проблеме развития водосборов и их речных систем. Этот исследователь разделил речные водотоки на порядки, на основе чего он смог сопоставить друг с другом даже внешне непохожие речные бассейны.
К первому порядку он отнес водотоки, не имеющие притоков. Водоток второго порядка образуется от слияния двух водотоков первого порядка. Для образования водотока третьего порядка необходимо слияние двух водотоков второго порядка и так далее по дихотомической системе. Если встречаются два водотока порядка п, они, объединяясь, дают начало водотоку порядка п+1. Заметим, что слияние разнопорядковых водотоков таких изменений не дают. Так, например, после впадения в реку четвертого порядка ее притоков первого, второго или третьего порядков порядок главной реки не изменяется. Таким образом, Р. Хортон определяет порядок реки в ее низовьях. После чего он выделяет главную реку и основные ее притоки, а затем, и на это следует обратить внимание, проводит перекодирование (Рисунок 1). В результате главная река от своих верховьев до низовьев не изменяет свой порядок.
Рельеф
Рельеф региона изучен достаточно хорошо. Сведения о разных аспектах рельефообразования содержатся в работах СВ. Воскресенского (1962), Г.В. Занина (1958), О.М. Адаменко (1967, 1974, 1976), A.M. Малолетко (1972, 1973, 1976, 2008), И.Н. Угланова (1981), А.А. Свиточа (1987), (Барышников, 1992, 1988, 1999), А.Г. Дёмина (1993), В.А. Брюханова с соавторами (1996), А.Ф. Путилина (2002), Б.Н. Лузгина (2003, 2005, 2009) и других исследователей.
Границы Приобского плато
Приобское плато представляет собой приподнятую слабоволнистую, пологоувалистую равнину с углами наклона менее 0,5, расположенную на юго-восточной окраине Западно-Сибирской низменности, вблизи её границ с горными сооружениями западной части Алтае-Саянской складчатой области, между Кулундинской равниной и долиной верхней Оби.
Западная граница Приобское плато, отделяющая его от Кулундинской равнины, хорошо выражена на поверхности в виде четкой ступени высотой в 50-100 м. На востоке плато крутым уступом ( 30), высотой от 25-40 м до 80-120 м, обрывается к долине р. Оби. Этот уступ, возникший из-за миграции Оби на запад, является весьма динамичным элементом с высокой скоростью разрушения - 0,5-2,5 м в год (Путилин, 2002). Северные склоны Приобского плато пологие и плавно переходят в Каргат-Чулымское междуречье (Путилин, 2002). На юге Приобского плато сочленяется с Предалтайской предгорной равниной. Граница здесь имеет сложный характер и частично проходит по долине р. Чарыш. Общее положение границ Приобского плато, отражённое на рисунке 5, принято по геоморфологической карте Атласа Алтайского края (1978).
Орография и морфометрия
Поверхность плато расчленена сквозными параллельными ложбинами древнего стока шириной 10-20 км и глубиной в 50—100 м, в днища которых врезаны русла современных рек - Кулунды, Касмалы, Барнаулки, Алея, а также котловины ряда озер. Между ложбинами располагаются широкие (15— 35 км) плосковершинные (не 1,5) водораздельные увалы. Наибольшие абсолютные отметки увалов на севере - 260-280 м и на юге - 280-300 м (в районе водоразделов р. Алей); большая часть водораздельных пространств имеет абсолютные отметки 250-270 м. Склоны увалов в северо-восточной и южной части плато густо расчленены довольно глубокими современными эрозионными формами - долинами, балками, оврагами. Глубина вертикального расчленения междуречий долинно-балочной сетью - 20-40 м. Общее горизонтальное расчленение водораздельных территорий составляет 0,3-0,4 км/км , нижние части склонов имеют большее расчленение, порядка 0,6-0,8 км/км (Путилин, 2002). Поверхности водораздельных увалов, днища и террасы ложбин, а иногда и их склоны осложнены бугристо-грядовым микрорельефом эолового происхождения. Наиболее сложное строение этот рельеф приобретает в расширенных юго-западных частях ложбин древнего стока.
Ложбины древнего стока. Объектом настоящего исследования являются речные бассейны 3-го порядка, полностью или частично расположенные на склонах Алейской, Барнаулкинской, Касмалинской, Кулундинской ложбин древнего стока, поэтому остановимся детальнее на характеристике последних. Для равнин ложбин древнего стока чрезвычайно характерна закономерная северо-восточная ориентировка. При приближении к горным сооружениям отчетливо устанавливается связь этих форм с молодыми разломами и зонами повышенной трещиноватости северо восточного простирания, что подтверждает предположение о тектонической предопределенности эрозионной сети и, в частности, ложбин древнего стока.
Алейская ложбина древнего стока прослеживается в северо-восточном направлении на протяжении более 250 км. Морфологически ложбина выражена слабо, представляя собой широкое (до 30 км), но неглубокое (70-80 м) долинообразное понижение с отметками поверхности (в приобской части) 220-240 м. Днище ложбины в виде террасовидной поверхности прослеживается как по лево-, так и по правобережью р. Алей. Террасовидная поверхность достигает высоты 80-90 м относительно уровня Алея (Малолетко, 1976). В днище ложбины врезана современная террасированная долина р. Алей шириной до 10-12 км (в приобской части). Наиболее высокая (60-70 м) терраса - цокольная - прослеживается в виде ступени на левом берегу Алея. Ниже уровнем в долине реки особенной хорошо выделяются аккумулятивные 12-метровая (вторая) и 35-метровая (третья) надпойменные террасы (Малолетко, 1976). Положение уровней в пределах Алейской ложбины древнего стока на ЦМР показаны на рисунке 8.
Барнаулкинская и Касмалинская ложбины древнего стока, как и Алейская ориентированы в северо-восточном направлении и образуют дугу большого, радиуса закругления, обращенную выпуклостью на северо-запад. На юго-западе ложбины прорезают Обь-Иртышский водораздел и открываются в долину Иртыша. В длину Барнаулкинская и Касмалинская ложбины достигают 220-230 км при ширине 10-20 км. Глубина, ложбин изменяется от 50-60 м в приобской части до 80-85 м в их юго-западном конце (Малолетко, 1976). Касмалинская и Барнаулкинская ложбины отличаются значительной сложностью морфологии. В них намечается три уровня (ступени), отражающих основные этапы развития этих ложбин, и проявленные на ЦМР (Рисунок 9).
Низкий уровень занимают русловые части, поймы и высокие поймы современных рек Барнаулки и Касмалы, а также ванны озер, объединенных с этими реками в одну систему. Средний уровень представлен террасовидной поверхностью на 12-15 м выше. В пределах этого уровня расположены многочисленные наложенные озёрные котловины (озеро Горькое у с. Мамонтово, оз. Верхн. Займище, Моховое, Степное в Барнаулкинской ложбине). В пределах террасовидных уступов низкого и среднего уровня широкое развитие имеют бугры и гривы эолового происхождения, закрепленные лесом. Высокий уровень ложбин, который можно называть днищем собственно древней ложбины, проявляется на высоте от 240 м в приобской части до 260 м при пересечении Обь-Иртышского водораздела (район с. Вострово). Морфологически эта высокая ступень выражена слабо. Она постепенно сливается со склонами разделяющих ложбины увалов (Малолетко, 1976).
Кулундинские ложбины древнего стока приурочены к обширному понижению, в пределах которого выделены Верхнекулундинская, Среднекулундинская и Нижнекулундинская ложбина. В отличие от Касмалинской, Барнаулкинской и Алейской ложбин Кулундинские имеют сток на юго-запад (Рисунок 10).
Верхнекулундинская ложбина прослеживается на протяжении 180 км от с. Батурово (приобская часть, отметка 200 м) до с. Родино, где постепенно сливается с Кулундинской равниной (отметки около 110-120 м). Среднекулундинская ложбина отделяется от Верхнекулундинской невысоким увалом, прорезанным между с. Вылково и Харитоново р. Кулундой, делающей здесь коленообразный изгиб. Вершина ложбины расположена вблизи долины р. Оби, у с. Верх-Медведка, где местность достигает 200 м абс. высоты. С удалением на юго-запад высоты постепенно уменьшаются до 136 м у с. Леньки.
Ложбина занята частью притоками Кулунды (речки Медведиха, Черемщанка), частью же пресными и солеными озерами (Ситниково, Пимково, Чернаково, Грачево, Мостовое, Глубокое, Модино, Леньки и др.). Нижнекулундинская ложбина (к ней приурочено нижнее течение р. Кулунды) начинается от долины р. Оби у с. Плотниково. Максимальная, отметка днища ложбины здесь составляет 130 м. С удалением на юго-запад ложбина расширяется и постепенно сливается с Кулундинской равниной (абс. отметки около 100 м). Геоморфология
Рельеф исследуемой территории во многом определяется амплитудой новейших тектонических поднятий и непосредственно связан со строением палеозойского фундамента, что отражается на общем структурном рисунке плато, внешнем виде отдельных долин и балок и на конфигурации эрозионной сети.
В современное время поверхность Приобского плато представляет собой аккумулятивную эолово-аллювиальную равнину на пластовом основании с амплитудами новейших опусканий от 50 до 300 м. Минимальные значения амплитуды отмечаются для северо-западных территорий, наиболее удалённых от гор Алтая, максимальные - для южных территорий Приобского плато, примыкающие к цокольным равнинам предгорий и горам.
В зависимости от степени проработанности эрозионными процессами в пределах плато выделяются следующие типы (Рисунок 11): плоские котловино-западинные (1); волнистые котловинно-западинные и ложбинные (2); пологоувалистые, ложбинно-балочные (3); увалистые овражно-балочные и балочно-долинные (4) (Лютцау и др., 1978).
Тип плоских котловино-западинных равнин (1) развит в северозападной части территории на участках водораздельных увалов и их склонов, где поднятие не отличалось большой амплитудой, эрозионное расчленение незначительно, древние песчаные толщи не вскрыты, а близкое залегание к поверхности грунтовых вод не способствует перевеиванию молодых аллювиальных отложений (бассейн р. Кулунды). Это подтип сравнительно реликтового первичного пологоволнистого рельефа древней аллювиальной равнины.
Бассейновый анализ Приобского плато
Объектом анализа являются речные бассейны 3-го порядка, выделяемые на Приобском плато в бассейнах наиболее крупных рек Кулунды, Касмалы, Барнаулки и Алея. Река Кулунда принадлежит области внутреннего стока с базисом эрозии в виде Кулундинского озера, а Касмала, Барнаулка и Алей являются левыми притоками Оби.
Бассейны Кулунды, Касмалы и Барнаулки полностью или подавляющей своей частью расположены на Приобском плато, в то время как бассейн Алея расположен в пределах плато лишь частично в нижнем течении реки.
Из рассматриваемых рек, в принятом масштабе исследования и способе выделения русловой сети, набольшим 6 порядком в своей приустьевой части обладают две - Кулунда и Алей. Река Барнаулка имеет 5-й, а Касмала - 4-ый порядок.
Всего на Приобском плато в пределах бассейнов Кулунды, Касмалы, Барнаулки и равнинной части Алея выделено 78 бассейнов 3 порядка, из них 33 (42,3 %) приходится на бассейн Кулунды, 4 (5,1%) - Касмалы, 20 (25,6%) - Барнаулки и 21 (27%) - Алея.
Выделенные бассейны 3-го порядка полезно проанализировать относительно занимаемой ими площади. Площадь водосбора является одной из наиболее информативных характеристик, поскольку именно она определяет количество поступающих в русло воды и рыхлых отложений. С площадью речного бассейна связаны длина пройденного пути и затрачиваемое время на перемещение воды и наносов со склонов в русла. В качестве основания для анализа нами выбрано среднеквадратическое отклонение или сигма (а) величины площади бассейна 3-го порядка от среднего значения в большую и меньшую сторону (Рисунки 16, 17).
Если проанализировать распределение по площади однопорядковых речных бассейнов, то можно увидеть, что бассейны с наиболее часто встречающимися значениями формируют своеобразный «фон» на котором выделяются бассейны с меньшей и большей площадью. Первые из них, несмотря на малую площадь, все же имеют достаточно сложную сеть русел, чтобы набрать необходимый порядок. Вторые - напротив, при значительной площади так и не смогли набрать необходимые количество водотоков и их ветвление, чтобы перейти в другой, более высокий порядок (Симонов, Симонова, 2003).
В нашем случае «фоновым» будет класс со значением о"=-0,5-0,5 (56,4 % общего числа бассейнов 3-го порядка) (Рисунок 17). При этом наблюдается асимметрия распределения: количество бассейнов с площадью меньше «фоновой» (о -0,5, 28,2%) превосходит количество тех бассейнов, у которых площадь больше (а = 0,5-1,5 и а 1,5, в сумме 15,4%). Бассейны класса со значением о 1,5 выделяются аномально большими размерами, их доля составляет 10,3%. Такое бимодальное распределение на гистограмме обычно отражает действие какого-то внешнего фактора (например, климатического, тектонического и др.) или особенности истории развития территории.
Затем был произведен расчет структурных индексов для всех 78 бассейнов 3-го порядка. В таблице 6 приведены структурные индексы и рассчитанные на их основе характеристики речных бассейнов 3-го порядка в пределах речных бассейнов Алея, Кулунды, Барнаулки и Касмалы.
Структурные индексы соотношения водосборных площадей, длин, уклонов, а также особенностей ветвления разнопорядковых водотоков дают возможность охарактеризовать особенности внутреннего строения бассейна, контролирующие пространственное распределение потоков воды и наносов, а также регулирующие в главном русле процессы эрозии и аккумуляции. Для анализа полученного массива структурных индексов полезно сравнить их с модальными значениями, полученными исследовательским коллективом Ю.Г. Симонова:
ИСП=532; ИСД=136; ИСУ=631; ИСБ=134. Модальный тип бассейна, с наиболее часто встречающейся структурой, не зависит от происхождения бассейна, структурно-тектонических и ландшафтно-климатических условий. Авторами методики рекомендуется использовать эти значения индексов как некоторые эталоны, полезные для сравнения изучаемых бассейнов с нормой, в которой известны физические соотношения тех процессов, которые протекают в реальном бассейне (Симонов, Симонова, 2003).
При анализе ИСП для 78 бассейнов 3-го порядка установлено, что на территории Приобского плато в принятом масштабе исследования резко преобладают бассейны с неравномерным распределением питания наносами вдоль главного русла. Питание главного русла наносами в них происходит главным образом за счет верхних звеньев.
Доля бассейнов, где площадь верховий превышает таковую для модального бассейна, составляет более 80% их общего числа. Бассейны с «нормальной» (50%) площадью верховий составляют лишь 17%, а с пониженной - всего около 1% (Рисунок 18).
Если сравнить два бассейна 3-го порядка с резко контрастными индексами структуры площадей, например №65 (бассейн Алея) ИСП=433 и №12 (бассейн Кулунды) ИСП=811, то можно увидеть, что в пределах бассейна №65 питание вдоль главного русла наносами распределено практически равномерно. У бассейна №12, напротив, питание главного русла наносами идёт за счёт верховий, на которые приходится 80% водосбора, а в питании местными наносами нижнего звена русла доля местного пополнения материалом с прилегающих склонов в 3 раза меньше, чем у бассейна №65.
Полученное распределение склонов по порядкам характеризует долю воды, стекающей с соответствующих склонов в разнопорядковые русла и особенности их питания наносами, из которых в дальнейшем формируется аллювий.
В соотношении средних длин разнопорядковых водотоков на исследуемой территории нами выявлены следующие закономерности. Почти 80% всех бассейнов имеет нормальную или близкую к ней долю русел 1-го порядка в общей структуре длин - 10-20%. Для оставшихся бассейнов характерна их завышенная доля. Встречаются единичные бассейны (порядка 3%) с аномально длинными верхними звеньями, доля которых доходит до половины общей длины русловой сети бассейна (Рисунок 21).
Эколого-геоморфологическое состояние Приобского плато
Оценка эколого-геоморфологического состояния территории Приобского плато основана на сопоставлении интенсивности антропогенной нагрузки и потенциальной способности речных бассейнов к выносу/накоплению вещества. Сопоставление проводилось с помощью ArcGIS. Ячейками для анализа послужили бассейны 3-го порядка. В случае, когда бассейн находился на территории сразу нескольких муниципальных образований, для определения интенсивности антропогенной нагрузки в его пределах проводилось взвешивание по площади. Результаты сопоставления заносились в рабочие таблицы (Приложение 2-5).
Выделено пять степеней благополучия эколого-геоморфологического состояния: 1) «весьма неблагополучное», 2) «неблагополучное», 3) «относительно благополучное», 4) «благополучное», 5) «весьма благополучное».
Весьма неблагополучное состояние (ВИ) характеризуется очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) антропогенной нагрузкой (АН) в пределах бассейнов-накопителей (Н) или транзитных с тенденцией к накоплению (ТН). Преобладающий процесс для бассейнов с ВН -аккумуляция ниже узла слияния русел 2-го и 3-го порядка вещества, поступившего с вышерасположенных склонов и русел. Здесь, при резком уменьшении уклона вместе с отложением и сортировкой литогенного материала может происходить накопление загрязняющих веществ.
Неблагополучное состояние (И) возникает в условиях:
- средней (3 балла) АН в пределах бассейнов, характеризующихся транзитом с тенденцией к накоплению (ТН) или накопителей (Н);
- очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) АН в транзитных бассейнах (Т).
Процессы аккумуляции в условиях меньшего, чем в предыдущем случае изменения уклонов в узле слияния или вообще прямого продольного профиля проявлены в меньшей степени. Однако в условиях интенсивной АН здесь потенциально могут формироваться очаги загрязнения.
Относительно благополучное состояние (ОБ) определяется сочетанием:
- очень высокой (5 баллов) или высокой (4 балла) АН в пределах бассейнов транзитных (Т), транзитных с тенденцией к выносу (ТВ) и сбрасывателей (С);
- средней АН (3 балла) в пределах транзитных бассейнов (Т);
- низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в пределах бассейнов накопителей (Н) или транзитных с тенденцией к накоплению (ТН).
При таких сочетаниях нагрузки и соотношения уклонов русел возникновение устойчивых очагов загрязнения маловероятно, поскольку в условиях выпуклой формы продольного профиля в узле слияния будут преобладать процессы размыва и выноса вещества, в том числе и потенциальных загрязнителей. Либо нагрузка на территорию характеризуется невысокой интенсивностью.
Благополучное состояние (Б) реализуется в условиях:
- низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в транзитных бассейнах (Т);
- средней (3 балла) АН в бассейнах транзитных с тенденцией к выносу (ТВ) или сбрасывателях (С).
Благополучное состояние характеризуется таким сочетанием соотношения уклонов в узле слияния русел 2-го и 3-го порядка и интенсивности АН, которое не способствует накоплению загрязнителей, так как в узлах слияния происходит размыв и активный вынос вещества за пределы бассейна.
Весьма благополучное состояние (ВБ) реализуется при низкой (2 балла) или очень низкой (1 балл) АН в бассейнах сбрасывателях (С) или транзитных с тенденцией к выносу (ТВ).
Весьма благополучное состояние будет характеризоваться активным выносом вещества за пределы бассейна, что в условиях слабоинтенсивной нагрузки не приводит к формированию очагов загрязнения.
Результаты оценки бассейнов 3-го порядка по степени благополучия эколого-геоморфологического состояния представлены на рисунках 47 и 48.
В общем для Приобского плато наибольшая доля приходится на бассейны 3-го порядка, характеризующиеся относительно благополучным эколого-геоморфологическим состоянием (ЭГС) 39,7% (35,3% площади), Большинство из них расположено в северной части бассейна Кулунды и в приустьевой части Алея (Таблица 16, Рисунок 49).
Весьма неблагополучное 30,8% (36,9% площади) и неблагополучное 17,9% (20,0% площади) состояние характеризует бассейны Касмалы, Алея и южную часть бассейна Кулунды - районы с очень высокой или высокой АН в пределах бассейнов-накопителей или транзитных с накоплением. Доля «благополучных» и «весьма благополучных» бассейнов относительно мала и составляет 10,3% (6,3% площади) и 1,3% (1,5% площади), соответственно. Эти бассейны преобладают в пределах долин Кулунды и Барнаулки с низкой или очень низкой АН в транзитных бассейнах или средней АН в бассейнах транзитных с выносом или сбрасывателях.
Распределение бассейнов 3-го порядка по степени благополучия ЭГС в бассейне Кулунды повторяет распределение для всего Приобского плато (Таблица 17, Рисунок 50).
