Введение к работе
Актуальность темы. Современные процессы эрозии почв, транспорта и аккумуляции наносов - один из наиболее мощных факторов преобразования рельефа хозяйствепно-освоенных равнин, деградации почвенного покрова, загрязнения рек. Исследование плоскостной к овражиой эрозии имеет более чем вековую историю. Для количественной оценки современной интенсивности этих процессов в условиях усиления динамики хозяйственного использования земель необходимы принципиально новые методы их измерения и моделирования. Вместе со склоновыми наносами в эрозионпо-русловых системах перемещается огромная масса загрязняющих веществ, в том числе токсичных и радиоактивных. Большая их часть аккумулируется на самих склонах и днищах долин временных водотоков. Однако пространственные соотношения эрозии и аккумуляции исследованы недостаточно и, в основном, на качественном уровне. Оценка интенсивности и закономерностей проявления эрозионно-аккумулятивных процессов в верхних звеньях гидрографической сети представляется важной не только с точки зрения фундаментальной науки, но и как базис прогноза поступления наносов и сопутствующих загрязнителей в речную сеть, а также для рационального использования земельных и водных ресурсов. Цель исследования - установить особенности проявления эрозионно-аккумулятивных процессов в верхних звеньях гидрографической сети, количественно оценить их интенсивность и выявить закономерности перераспределения поносов в малых водосборных бассейнах лесной и лесостепной зон Русской равнины.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
-
На основе литературных и собственных данных разработать на качественном уровне модель функционирования эрозионно-аккумулятивных процессов в эрозионно-русловой системе водосбора верхних звеньев гидрографической сети.
-
Проанализировать существующие методы оценки темпов к пространственной структуры эрозионно-аккумулятивных процессов в верхних звеньях гидрографической сети. Выявить ограничения каждого из них, разработать новые и модернизировать известные оценочные модели, используемые для определения темпов эрозии и аккумуляции.
-
Выбрать репрезентативные для ландшафтных зон объекты-водосборы. Определить темпы современных эроэионнс-аккумулятивмых процессов для всех элементов структуры водосборов, оценить балансы перемещения наносов.
-
Исследовать механизмы развития и функционирования эрозионно-аккумулятивных
процессов на водосборах! выявить связи между ІШтеїїсЩМостью процессов и зонально-
ЦНБ МСХА фонд науч^р^лутв
US
азональными природно-антропогенными условиями, а также их пространственно-временными изменениями. 5. Оценить вклад экстремальных событий интенсивного стока и эрозии в суммарный объем потерь почв на обрабатываемых склонах, перераспределение наносов и общее функционирование малых водосборов. Объекты и состав исследования. В соответствии с задачами исследования были выбраны ключевые балочные водосборы (лесная зона — водосбор балки Печки, Тверская область; лесостепная зона — водосборы балок Гусиные Лапки и Часовенкой Верх, Тульская область), которые по комплексу основных природных характеристик являются типичными для данных регионов.
В основу работы легли крупномасштабные полевые исследования перераспределения наносов на малых водосборах, проводимьк в составе экспедиций научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета МГУ им. Н.И. Махкавеева в 1996-2002 гг. Исследования проводились с использованием комплекса методов и подходов: геоморфологического и почленно-морфологического картографирования, математического моделирования процессов, ряда радиоизотопных методов и других. Было проанализировано и обобщено большое количество публикаций российских и зарубежных ученых по проблеме исследования эрозионно-аккумулятивных процессов в верхних звеньях гидрографической сети. Научна» новизна.
-
Впервые на основе применения радиоизотогашх методов количественно оценены интенсивность н объем перемещения почвенного субстрата эрозионно-аккумулятивным и процессами в типичных бассейнах верхних звеньев гидрографической сети лесной и лесостепной зон и рассчитан баланс наносов в их пределах.
-
Выявлено соотношение зональных н азональных факторов эрозии, установлена принципиальная пространственно-временная неоднородность проявления эрозионно-аккумулятивных процессов и показана решающая роль экстремальных событий стока в перераспределении наносов на водосборах балок.
-
Разработана комплексная методика количественной оценки темпов эрознонпо-аккумулятнвных процессов в пределах малых водосборных бассейнов, основанная на радиоизотопных (шСз и IlcPb) методах и подходах, традиционно используемых в геоморфологии н эрозноведении. Усовершенствованы имеющиеся модели' расчета перераспределения наносов на основе использования изотопа Cs, ' что дало возможность примененять их в зонах значительного чернобыльского радиоактивного загрязнения. Впервые в отечественной практике для оценки темпов зрозионно-
аккумулятивных процессов в верхних звеньях гидрографической сети использовался радиоактивный изотоп свинца РЬ. Защищаемые положення.
-
Водосборные бассейны верхних звеньев гидрографической сети представляют собой морфосистемы, связанные нисходящим потоком осадочного вещества, посредством которого осуществляется влияние вышележащих элементов его структуры на нижележащие.
-
Пространственная структура эрозионно-ру еловой системы малого водосбора характеризуется зональностью, проявляющейся в специфике соотношений различных видов, направленности и интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов на различных элементах структуры н в закономерном изменении интенсивности этих процессов в пространстве.
-
Особенности проявления эрознонно-аккумулятивных процессов и пространственная структура потоков осадочного вещества малого водосбора, в основном, определяются морфологией рельефа и антропогенными факторами и лишь в меньшей мерс -зональной спецификой природных условий.
-
Основное перераспределение наносов в пределах балочных водосборов происходит в результате выпадения редких, выдающихся ливней, вызывающих интенсивный сток, смыв и аккумуляцию наносов. Экстремальные стоковые события оказывают значительное воздействие на функционирование малого водосборного бассейна.
Практическая значимость работы. Количественные данные, полученные на исследованных ключевых объектах, могут являться основой для разработки комплекса противоэрозиогшых мероприятий, планировании и улучшения землеустройства на данных территориях. Теоретические и методические выводы могут применяться при исследовании перераспределения наносов и сопутствующих загрязнителей на водосборах, их поступления в речную сеть и оценке качества поверхностных вод.
Результаты исследования пашли отражение в грантах INTAS-РФФИ №95-0734 («Перераспределение чернобыльских радионуклидов в речных бассейнах; экологические и геоморфологические перспективы») и РФФИ №01-05-64503, №01-05-64503 МАС («Трансформация рельефа равнин умерешюго климатического пояса за агрикультурный период»).
Апробация. Основные результаты исследования докладывались на всесоюзных, всероссийских, международных и региональных симпозиумах, конференциях и совещаниях, в том числе: на пленарных совещаниях Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Уфа, 199; Санкт-Петербург, 2001);
на международной конференции «Гидрология в изменяющейся.;окружающей среде" (Эксетер, Великобритания, 1993); на международной конференции "Изменения окружающей среди и радиоактивные трассеры^ (Нумеа, Новая Каледония, 2000); на научном семинаре молодых ученых в Пермском Государственном Университете (Пермь, 2002); на «Маккавеевских чтениях», проводимых Межвузовским научно-координаиионным советом но проблеме эрозионных, русловых и усгьевых процессов в МГУ (Москва, 2002).
По іеме диссертации опубликовано 13 научных работ.
Объем и структура. Работа состоит из 5 глав, введения, заключения <у%Гстраниц текста) и
списка литературы названия); содержит -%5~рисунков, -30 таблиц.
Диссертационная работа выполнена в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов имени Н.Н. Маккавеева географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова,
Автор искренне благодарен докторам географических наук Л.Ф. Литвину и В,Н. Голосову за поддержку и постоянное внимание в ходе проведения работы, кандидатом географических наук Н.Н, Ивановой, А.В. Панину, а также В.Р. Беляеву за практическое и творческое сотрудничество. Автор хотел бы гаюке поблагодарить исех участников экспедиционных исследований, сотрудников Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН за помошь в проведении радиоизотоп них анализов и ценные консультации, а также весь коллектив Лаборатории эрозии почв и русловых процессов за поддержку и доброжелательное отношение.
