Содержание к диссертации
Введение
1. Бассейновый подход в эколого-гидрологических исследованиях 10
1.1. Основные методы и подходы изучения речных бассейнов 10
1.2. Бассейновый принцип в природо- и водопользовании 17
2. Методика исследования 28
2.1. Исходная информация 29
2.2. Классификация как метод исследования.. 32
2.3. Методы статистического анализа 35
2.4. Методы анализа эколого-гидрологического риска 38
3. Природные и антропогенные факторы эколого-гидрологического состояния речных бассейнов на территории Воронежской области 44
3.1. Природные факторы 44
3.2. Типизация территории по условиям развития природных процессов ... 56
3.3. Антропогенные факторы 65
3.4. Типизация речных водосборов по величине антропогенной нагрузки... 75
4. Анализ эколого-гидрологического риска для речных водосборов Воронежской области 82
4.1. Последствия хозяйственной деятельности человека 82
4.2. Типизация речных водосборов по результатам последствий хозяйственной деятельности на природную среду 95
4.3. Расчетные показатели эколого-гидрологического риска речных водосборов и районирование территории по степени его остроты 103
5. Уточнение комплекса водоохранных мероприятий на речных водосборах территории Воронежской области 109
5.1. Программно-целевой подход при решении водоохранных проблем 109
5.2. Водоохранные мероприятия на речных водосборах Воронежской области 113
Заключение 118
Список использованных источников 120
Приложения 135
- Бассейновый принцип в природо- и водопользовании
- Методы анализа эколого-гидрологического риска
- Типизация территории по условиям развития природных процессов
- Расчетные показатели эколого-гидрологического риска речных водосборов и районирование территории по степени его остроты
Введение к работе
Важнейшей задачей концепции устойчивого экологически безопасного развития Российской Федерации является обеспечение населения, а также промышленного и сельскохозяйственного производства водными ресурсами в необходимом количестве и требуемого качества. В регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду при решении проблемы экологически безопасного водопользования большое значение имеет эколого-гидрологическая оценка состояния речных водосборов. На формирование водных ресурсов в большинстве регионов России в последние два десятилетия значительное влияние оказывают снижение объемов и эффективности природоохранной деятельности в условиях новых форм ведения хозяйства. Результатом этих эколого-экономических изменений являются нарушение средоформирующих и ресурсо-воспроизводящих функций геосистем, снижение качества водных ресурсов, изменение режима и количества основных составляющих водных ресурсов - поверхностных и подземных вод. Одновременно отмечаются ухудшение качества водоснабжения населения и увеличение его заболеваемости.
Это касается, прежде всего, регионов, где отмечается разноплановая хозяйственная деятельность человека, а также существует природная предрасположенность территории к возникновению водно-экологических проблем, что приводит водные объекты к неудовлетворительному экологическому состоянию. К таким регионам относится Воронежская область, где отмечаются загрязнение поверхностных и подземных вод, ухудшение состояния малых и средних рек, снижение уровней подземных вод в результате интенсивного отбора из основных водоносных горизонтов.
Целью исследования является разработка методики эколого-гидрологи-ческой оценки состояния речных водосборов на основе применения многомерного статистического анализа и методов определения эколого-гидрологического риска для территории Воронежской области.
Для достижения этой цели решались задачи:
1. Выявление основных природных и антропогенных показателей эколого гидрологического состояния водосборов малых и средних рек на основе многомерного статистического анализа.
2. Типизация речных водосборов района исследования по основным природным и эколого-гидрологическим показателям.
3. Определение площади урбанизированной территории на речных водосборах в Воронежской области.
4. Анализ эколого-гидрологического риска; районирование региона исследований по его величине.
5. Уточнение комплекса водоохранных мероприятий, улучшающих эколо-го-гидрологическое состояние речных водосборов.
В качестве объекта исследования выбраны малые и средние водосборы рек Воронежской области, рассматриваемые как географические системы, элементами которых являются взаимосвязанные: природные условия, хозяйство и население, а ведущим системообразующим фактором - водохозяйственная деятельность человека.
Предметом исследования являются процессы, происходящие под влиянием хозяйственной деятельности человека и вызывающие изменения в эколого-гидрологическом состоянии территории Воронежской области.
В теоретическом и методологическом отношении диссертация основывается на современных представлениях в географической науке о системофор-мирующей роли речного стока, структуре и функциях водосборов, выявлении, ранжировании и картографировании состояния природных вод, определяющих условия жизни людей и функционирование экологических систем (А.Н. Анти-пов, Г.В. Бачурин, М.А. Великанов, A.M. Владимиров, В.Е. Водогрецкий, B.C. Вуглинский, В.Г. Глушков, СВ. Долгов, К.Н. Дьяконов, Н.И. Коронкевич, Л.М. Корытный, П.С. Кузин, А.Г. Курдов, А.Ю. Ретеюм, И.А. Шикломанов).
Научная новизна исследования заключается в реализации методики эко-лого-гидрологической оценки состояния речных водосборов, которая позволяет выявить природные и антропогенные факторы, влияющие на эколого-гидро-логическое состояние водных ресурсов Воронежской области; провести типизацию речных водосборов по условиям развития негативных природных процессов, величине антропогенной нагрузки и последствиям хозяйственной деятельности человека; определить площади, занимаемые населенными пунктами на речных водосборах района исследований; установить величину эколого-гидрологического риска и провести районирование региона по степени этого риска; уточнить комплекс мероприятий, обеспечивающих улучшение эколого-гидрологического состояния речных водосборов.
В качестве исходных данных диссертационного исследования явились статистические материалы: Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Воронежской области, Государственной водной службы и отдела охраны окружающей среды комитета природных ресурсов Воронежской области, Экологической инспекции администрации области, Воронежского филиала ФГУ «Специализированная инспекция аналитического контроля по Центральному региону», Государственного геологического предприятия «Воронежгеология» и Воронежского территориального центра государственного мониторинга геологической среды, департамента «Воронежмелиора-ция», Верхне-Донского бассейнового управления по регулированию использования и охраны вод, а также материалы Центральной опытно-методической экспедиции Министерства геологии РФ, ФГУП «ЦЧОНИИГипрозем», кафедр физической географии ВГПУ, а также геоэкологии и мониторинга окружающей среды ВГУ.
Реализация задач исследования проводилась с помощью традиционных методов, используемых в географии: сравнительно-географического, картографического, классификации, а также статистико-математического. При этом были использованы также программные средства статистической обработки данных STATISTICA для WINDOWS (версия 6.0), State v.6.0, и MathCAD 11.
рактическая значимость работы определяется возможностью использования полученных данных для оптимизации использования водно-ресурсного потенциала в регионе. Выводы работы и предложения по улучшению природоохранной деятельности могут быть использованы при разработке комплекса мероприятий, обеспечивающих улучшение эффективности водоохранной инфраструктуры. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на естественно-географическом факультете Воронежского государственного педагогического университета.
Основные защищаемые положения:
1. Методика эколого-гидрологической оценки состояния водосборов малых и средних рек в условиях Центрально-Черноземного региона.
2. Результаты эколого-гидрологической оценки состояния и типизации речных водосборов Воронежской области по основным эколого-гидрологи-ческим показателям.
3. Уточнение степени влияния урбанизации на водные объекты в результате определения площади населенных мест на речных водосборах района исследований.
4. Результаты определения эколого-гидрологического риска на речных водосборах; районирование исследуемого региона по степени этого риска.
5. Рекомендации по уточнению комплекса водоохранных мероприятий с учетом эколого-гидрологического риска на речных водосборах региона.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «Проблемы сохранения и оценки состояния природных комплексов и объектов» (Воронеж, 1999), IV международной научно-практической конференции «Территориальная организация общества и управление в регионах» (Воронеж, 2000), на заседании Воронежского отдела Русского географического общества (Воронеж, 2000), XIV молодежной всероссийской научной конференции «Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира» (Иркутск, 2001), международной научно-практической конференции «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж, 2001), III региональной научно-практической конференции «Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в школе» (Воронеж, 2002), Научной конференции по итогам НИР и НИРС ВГПУ 2003 года (Воронеж, 2004).
По теме диссертации опубликованы 11 печатных работ, из которых одна -в журнале, находящемся в перечне изданий, рекомендованных ВАК.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения.
Во введении обосновывается актуальность темы, формируется цель и задачи исследования, определяется его научная новизна, раскрывается практическая значимость полученных результатов, определяются выносимые на защиту основные положения.
В первом разделе отмечен опыт его применения в гидрологии суши. Рассмотрены возможности бассейнового подхода при решении различных проблем в науках физико-географического цикла, ландшафтоведении и геоэкологических исследованиях, обращается внимание на его роль в решении проблемы организации, рационализации, оптимизации, моделирования, природопользования и управления природными процессами.
Во втором разделе охарактеризована последовательность научно-исследовательских операций, осуществляемых в процессе выполнения работы, а также методы исследований.
В третьем разделе описаны природные и антропогенные факторы эколого-гидрологического состояния, охарактеризованы изменения в антропогенной нагрузке на водные ресурсы. Решена задача типизации территории по условиям развития природных процессов, величине антропогенной нагрузки.
В четвертом разделе произведена типизация речных водосборов района исследований по показателям последствий хозяйственной деятельности человека, определена площадь урбанизированной территории на речных водосборах и рассчитана для каждого из них величина эколого-гидрологического риска.
Пятый раздел работы содержит уточнения и рекомендации по составу основных водоохранных мероприятий, определяемому величиной эколого-гидро-логического риска на речных водосборов Воронежской области
В заключении даны основные выводы по результатам проведенного исследования.
В приложении помещены материалы необходимые для более полного раскрытия и подтверждения положений, рассматриваемых в основной части работы.
Бассейновый принцип в природо- и водопользовании
Бассейновый подход с самого начала использовался в управлении водными ресурсами и решении водохозяйственных задач. С середины 80-х годов XX века, он активно применяется во всех отраслях природопользования.
О преимуществах согласованного использования в границах бассейнов водных и земельных ресурсов говорится в работе Н.И. Хрисанова и В.А. Камбурова [161], а о перспективах бассейнового принципа организации природопользования - в исследованиях Ф.Н. Милькова [104].
Перспективу бассейнового принципа организации природопользования, по мнению С.Я. Сергина [135,136] открывают: побассейновая организованность естественных и антропогенных процессов изменения природной среды, а также возможность анализа и прогноза этих изменений по средствам построения типовой математической модели «речной бассейн». Построенная этим автором функциональная схема «речной бассейн» отражает совокупность хозяйственных воздействий на её блоки, взаимосвязь естественных и антропогенных процессов в системе и набор изменений её состояния.
СИ. Зотов [70,72] характеризуя речной бассейн как природно-хозяйственную систему, и применяя функционально-целостный подход к выстраиванию функциональной блок-схемы природно-хозяйственной системы «речной бассейн», далее разрабатывает имитационную математическую модель для прогнозирования и оптимизации природной среды. Она представлена уравнениями, выражающими балансы вещества, взаимные и обратные связи в системе «речной бассейн». Задавая на входы модели антропогенные воздействия, которые проявляются при развитии региона, где находится природный бассейн, на выходах модели можно получить прогноз состояния природных ресурсов бассейна. Практически такая модель реализована для бассейна р. Преголи - главной водной артерии Калининградской области. Результаты расчетов показали, что простейшая модель открывает большие возможности для познания механизмов функционирования геосистем и прогнозирования долгосрочного природопользования. Разработка более точных имитационных моделей геосистем и их сопряжение с картографическими моделями, по мнению СИ. Зотова, является важной составляющей в бассейновой-ландшафтной концепции природопользования [71].
Позднее появились работы с идеей использования бассейнов при районировании. Л.В. Зорин предложил использовать крупные бассейны, зонированные по биоклиматическим поясам, как основу для природно-ресурсного районирования. Такой подход, по мнению этого автора, в наибольшей степени увязывает между собой водные, климатические, минеральные и земельные ресурсы [69]. В районировании П.Г. Олдака границы водосборов выступают как рубежи биосоциальных районов, и обосновывается это тем, что промышленные и сельскохозяйственные зоны, а также население «лепятся» к речным системам - важнейшим источникам водных ресурсов [119]. Г.И. Швебсом предложено многоцелевое членение географической среды по бассейновому принципу с выделением бассейновых природно-хозяйственных единиц, что особенно важно для регионов, где водный фактор играет особенно большую роль [167].
В.М. Разумовский [127] обратил внимание на то, что перенос продуктов тех-ногенеза на речных водосборах происходит по закону гравитации от водораздельных областей к устьевым, и посчитал целесообразным использовать их для природно-техногенного районирования на региональном уровне. Оно было, затем положено им в основу районирования процессов взаимодействия общества и природы, названного эколого-экономическим, и рассматривалось автором как фундамент территориальной системы управления природопользованием.
Геосистемно-гидрологический подход к природно-хозяйственному районированию предложен Л. М. Корытным [88]. Единицей районирования является речной бассейн, преимущества выбора именно этой единицы обоснованы и перечислены им в работах [86, 90]. Этим автором предложена трехранговая схема природно-хозяйственного районирования: район - область - регион. Район - это узловая единица районирования, представленная бассейном VI, реже V порядка; главный классификационный признак этого ранга - ведущий вид природопользования, определенный существующим природно-ресурсным потенциалом как следствие главного направления хозяйственного освоения. Область - большие бассейны преимущественно VII порядка; главный классификационный признак этого ранга - комплексность хозяйства, прежде всего использования ресурсов, обусловленная природным и социально-экономическим своеобразием территории. Регион - территория для разработки общей стратегии природопользования с учетом важнейших народнохозяйственных задач; это бассейны VIII и IX порядков [88].
Гидрологический вид районирования для небольших территорий (краев, областей) как правило, применяется при исследовании водных ресурсов рек и расчете стока. Оно помогает получить качественную характеристику водности рек и установить суммарные показатели природных условий, оказывающих влияние на речной сток. В частности, при выделении гидрологических районов на территории Воронежской области, проведенном А.Г. Курдовым в качестве критерия гидрологического районирования принят параметр К, который учитывает особенности климата, геологических и гидрологических характеристик, факторы подстилающей поверхности и хозяйственной деятельности, и является суммарным стокоформирующим показателем. Природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов, а также характеристика пяти выделенных гидрологических районов рассмотрены и изложены в монографии «Реки Воронежской области» [97]. Данный вариант районирования может выступать как предварительный в частности для решения водохозяйственных и гидрологических задач, организации природоохранной деятельности, комплексного использования ресурсов на территории Воронежской области.
Исследования в области влияния различных видов хозяйственной деятельности на изменения водного режима территории проводились многими специалистами [19,24,27,28,35,60,98,102,108,111,124,168,169]. С увеличением антропогенного воздействия на природные комплексы возникла необходимость в разработке новой методологии учета антропогенных изменений при оценке качества водных ресурсов, разработке и составлении схем комплексного использования и охраны водных ресурсов. Существенный вклад в это направление внесли отечественные исследователи и сотрудники научных коллективов Государственного Гидрологического института, Института водных проблем РАН, Института географии РАН, Географического факультета МГУ [29,45,81,84,172,173]. Вопросы антропогенного преобразования водных объектов и в частности бассейнов малых рек ЦЧО затронуты в работах [65,100,139].
Методы анализа эколого-гидрологического риска
При наличии неоднородных природных условий и разнообразных видах хозяйственной деятельности, комплексная оценка состояния водосборов должна проводиться в следующей последовательности: 1) изучение основных природных факторов; 2) выявление факторов антропогенного воздействия на речные бассейны; 3) определение последствий хозяйственной деятельности человека; 4) районирование территории по условиям развития природных процессов, показателям антропогенного воздействия и последствиям хозяйственной деятельности.
При анализе большого количества показателей, неоднородных по информативности и размерности возникает необходимость в применении многомерного статистического анализа, который позволяет устанавливать скрытые закономерности, объективно существующие в природно-хозяйственных системах [165].
Задача - изучение природно-хозяйственных факторов начинается с факторного анализа. Идея факторного анализа, как известно, заключаются в предположении, что наблюдаемые и непосредственно измеряемые признаки являются функциями некоторого набора наиболее существенных признаков, факторов. Их выделение и является задачей факторного анализа.
Основная модель факторного анализа в форме математического анонса описана в современной литературе [17], подробно разбирается ход факторного анализа методом главных компонент и кластерного анализа в работах Пузаченко Ю.М. [126] и Смольянинова В.М. [142], адаптированных к решению поставленных задач.
В зависимости от предположений о свойствах выделенных факторов различают и методы факторного анализа. Обычно считается, что факторы взаимно ортогональны и упорядочены так, что первый из них имеет наибольшую из всех возможных значений дисперсию, а второй - наибольшую из всех оставшихся и т. д. В этом случае выделенные факторы называют главными компонентами, а метод их выделения - методом главных компонент. Количество главных компонент не может превосходить числа исходных факторов, а компоненты, имеющие малое значение дисперсии, должны исключаться из рассмотрения. Таким образом, удается сократить размерность признакового пространства без существенной потери информации о структуре многомерных данных. Анализ главных компонент часто более предпочтителен как метод сокращения данных, в то время как анализ главных факторов лучше применять с целью определения структуры взаимосвязей между переменными, то есть классификации переменных.
Основой всех дальнейших вычислений является составление корреляционной матрицы между переменными и «новыми» факторами. Из общего количества имеющихся переменных формируется меньшее число факторов, позволяющих достаточно полно описывать изучаемые объекты. В дальнейшем при проведении анализа можно получать двух- и трехмерную размерность и представлять изучаемые природно-хозяйственные объекты в виде точек на плоскости, что позво 37 ляет делать оценку структуры данных визуальным способом. Используя процедуру вращения факторов, то есть поворот осей, пространство преобразовывается таким образом, чтобы каждой переменной на сколько это возможно, соответствовал свой собственный фактор. Типичными методами вращения являются ва-римакс, квартимакс, эквимакс. Такое преобразование существенно облегчает трактовку факторов, позволяя наблюдать наиболее характерные отношения, скрываемые более общими, получаемые при прямом преобразовании.
Таким образом, мы выявили главные факторы и получили координаты переменных в пространстве главных компонент. При решении задачи выделения в представленных данных кластеров мы воспользовались кластерным анализом, возможные подходы к решению его задачи, а также некоторые его алгоритмы, отражающие разнообразие вычислительных приемов, рассмотрены в работах [62, 103, 142].
Схожие объекты, в нашем случае бассейны рек, в признаковом пространстве будут образовывать локальные скопления или сгущения - кластеры, при этом их количество заранее не задавалось. В терминах математической теории распознавания образов понятие "сгущение" как правило, отождествляется с понятиями "образ", " класс", "таксон", кроме того группировки форм с характерными (типичными) признаками можно обозначать понятием "тип". С точки зрения геометрии типом можно назвать место скопления индивидуальных точек, или же комплекс признаков, выступающих в данном месте п - мерного пространства чаще, чем в каждом другом, находящемся в непосредственном с ним соседстве. Кластерный анализ проводился методом древовидной кластеризации, при этом анализ различий проводился методом У орда (Word s method), основанном на минимизации внутригрупповой дисперсии. В качестве меры различий между классами использовано Евклидово расстояние. Эта мера близости предполагает, что все признаки измерены в одинаковых шкалах, не ниже интервальной, а также что все признаки в одинаковой мере важны для установления сходства объектов Xi, и Yj [2].
Группе речных бассейнов, обладающих сходными показателями, присваивался свой номер.
Для группировки речных бассейнов важно выделить переменные, в наибольшей степени различающие сравниваемые объекты (речные бассейны). Эта задача может быть решена путем применения дискриминантного анализа. Дис-криминантный анализ относится к числу методов классификации данных, основанном на выделении дискриминирующих функций, представляющих собой линейную комбинацию переменных, вносящих наибольший вклад в различие между группами. Ее поиск производится методом линейной множественной регрессии. Основным требованием к определению дискриминантных функций является их ортогональность (независимость). По итогам дискриминантного анализа удается определить положение каждого бассейна в двумерной системе координат значимых факторов.
Типизация территории по условиям развития природных процессов
Достаточно высокие значения суммарной солнечной радиации (3785 - 4200 МДж/м2), и суммы температур воздуха более 10 С (2600 - 3200) [32] способствуют самоочищению ландшафтов за счет высокой скорости разложения и минерализации загрязняющих веществ.
Средняя годовая температура воздуха территории изменяется от 4,5 на севере до 6,9 на юге. Самый холодный месяц январь, среднемесячная температура его: -7,8 на юге и -9,9 на севере. Самый теплый месяц июль, средняя температура месяца изменяется от 19,6на севере до 21,8 на юге [68]. Отклонение изменений термических показателей от широтного направления вызвано влиянием циркуляционного потока умеренного пояса - западно-восточного переноса.
Осадки имеют наибольшее значение в формировании водных ресурсов рек, их среднегодовое количество в регионе уменьшается с северо-запада на восток и юго-восток от 700 до 550 мм. На увеличение уровня осадков влияют высота местности, расчлененность рельефа, лесные массивы: в Усманском бору (723 мм), Шиповом лесу (720 мм), на западных склонах Калачской возвышенности (до 630 мм) и в районе Донского Белогорья на Среднерусской возвышенности (680 мм) [68].
Внутригодовое распределение осадков характеризуется неравномерностью: на холодный период в среднем приходится 250 мм, или 40% годового количест 49 ва осадков, а на теплый 370 мм (60%) [32, 68]. Несмотря на меньшее количество осадков холодного периода, их гидроэкологическая роль более существенна. Стокоформирующее влияние осадков за теплый период года незначительно вследствие преобладающего их расходования на испарение и инфильтрацию. Осадки холодного периода формируют поверхностный сток и связанные с ним водно-эрозионные процессы, миграцию растворенных химических веществ и взвесей. Кроме того, эти осадки, аккумулируя из атмосферы загрязняющие вещества, могут ухудшать качество речной воды.
Испарение с водной поверхности одновременно с увеличением солнечной радиации возрастает с северо-запада (550 мм) на юго-восток (725 мм), и большая часть региона относится к зоне неустойчивого, а крайний юг к зоне недостаточного увлажнения [97,158].
Основным источником питания рек и пополнения запасов подземных вод являются талые снеговые воды. Снежные ресурсы определяют максимальный расход воды и объем стока весеннего половодья, влагозапасы верхнего слоя поч-вогрунтов. Средние многолетние снежные ресурсы области небольшие - 74 мм или 3,866 км3, в том числе снегозапасы в поле составляют 2,602 км3 (67% всех снегозапасов), в овражно-балочной сети - 0,722 км3 (19%) и в лесах - 0,542 км3 (14%). Снежные ресурсы - 75%, 90% и 97%-ной обеспеченности соответственно равны 2,316, 1,542 и 0,967 км3 [ПО].
Для рассматриваемой территории характерна средняя годовая скорость ветра 3,3-5,2 м/с, однако нередко наблюдаются сильные ветры - 15 м/с и более [68]. Из общей площади сельскохозяйственных угодий Воронежской области около 30% подвержено дефляции [150]. Почвы. Воронежская область расположена в зоне распространения черноземных почв [9].
В северной половине области преобладают типичные черноземы, их южная граница проходит по линии Острогожск - Лиски - Таловая - Борисоглебск. Мощность перегнойного горизонта этих почв составляет 1,0 - 1,2 м, содержание гумуса в среднем около 8 - 10%, а запасы его в метровой толщине достигают 470-560 т/га. Южнее подзоны типичных черноземов на Среднерусской и Калач-ской возвышенностях, частично на Окско-Донской равнине широко распространены обыкновенные черноземы с содержанием гумуса 6-7% (425 т/га) и мощностью гумусовых горизонтов не более 60-70 см. На крайнем юго-востоке области (к югу от рек Богучарка, Подгорная, Манина) в условиях более теплого и засушливого климата, располагаются южные черноземы. Общая мощностью гумусовых горизонтов этих почв колеблется от 25 - 30 до 60 см, а содержание перегноя -4-4,8% (312 т/га) [1,10,125].
На Окско-Донской равнине в местах неглубокого залегания грунтовых вод (3-5 м) и повышенного поверхностного увлажнения формируются лугово-черно-земные почвы с общей мощность гумусовых горизонтов 35 - 70 см [1,10]. На северо-востоке области, в низовьях рек Елани и Савалы, в долине реки Вороны распространены черноземы выщелоченные. На приречных и балочных склонах юга области распространены остаточно-карбонатные черноземы, с небольшими запасами гумуса и очень высоким содержанием карбоната кальция [1,10]. Отдельными пятнами на склонах балок, ложбин, водораздельных плато встречаются засоленные почвы - солоди, солонцы и солончаки. Естественное плодородие их низкое, они имеют непрочную структуру из-за большого насыщения поглощающего комплекса натрием.
Под дубравами и смешанными лесами распространены серые лесостепные почвы, а под сосновыми дерново-лесные оподзоленные. Они бедны органическим веществом, по сравнению с черноземами и отличаются малой гумусностью 2-4% гумуса, бесструктурностью, непрочностью агрегатов, низкой водопроницаемостью. Пойменные долины заняты аллювиальными почвами [1,38]. Инфильтрационная способность почвенных разновидностей колеблется от 0,51 м/сутки у типичных черноземов до 0,14 м/сутки у серых лесных почв [142].
По механическому составу большинство почв области относится к глинистым и тяжелосуглинистым разновидностям с большой связанностью и слабой водопроницаемостью, но встречаются также песчаные и супесчаные почвы. Для них характерна большая водопроницаемость, потери воды на испарение с их поверх 51 ности невелики, что обуславливает большое накопление грунтовых вод. Но при сильных дождях они наиболее эрозионно опасны, так как не успевают впитывать выпадающие осадки, насыщаются водой и благодаря малой связанности сносятся по склонам.
Расчетные показатели эколого-гидрологического риска речных водосборов и районирование территории по степени его остроты
При проектировании водоохранной деятельности следует учитывать не только экономическую, но экологическую и социальную эффективность. Под водоохранной деятельностью понимается комплекс мероприятий, направленных на охрану и воспроизводство водных ресурсов. Выделяют четыре вида водоохранных мероприятий: мероприятия, направленные на совершенствование самой технологии использования воды; мероприятия по обезвреживанию сточных вод; мероприятия, осуществляемые непосредственно в водных объектах; мероприятия, проводимые на самом водосборе [115]. Результатом проведения этих мероприятий следует считать предотвращение ущерба от сокращения ресурсов поверхностных и подземных вод, обмеления рек, ухудшения качества водных ресурсов при загрязнении. Затраты на природоохранные мероприятия связаны определенной зависимостью с ущербом, который наносят негативные процессы, развивающиеся при интенсивной хозяйственной деятельности человека. Поэтому экономическим эффектом проведения таких мероприятий следует считать некоторую часть дохода, определяющуюся состоянием водных ресурсов [99, 165].
Очень плохо, или вовсе не поддается экономической оценке экологическая и социальная эффективность проведения природоохранных мероприятий (сохранение здоровья людей, редких видов животных и растений, мест отдыха и др.). Поэтому важнейшей задачей является определение таких природоохранных мероприятий, которые могли бы устранить, или смягчить, отрицательные последствия антропогенного воздействия на природную среду при наименьших капитальных затратах. Для решения этой проблемы на рассматриваемой территории автор считает необходимым опираться на основы программно-целевого подхода. Он включает в себя: анализ состояния природной среды и определение конечной цели комплексной природоохранной программы; определение комплекса локальных целей; формирование вариантов программы и выбор из их числа наиболее эффективного; детализация выбранного варианта [165]. Конечная цель природоохранной программы - сохранение и улучшение состояния природной среды. Путем построения дерева целей производится последовательная структуризация программы. На первом уровне она расчленяется на четыре подцели, предусматривающие сохранение и улучшение состояние: 1. Воздушного бассейна, 2. Поверхностных вод, 3. Подземных вод, 4. Земельных ресурсов.
Расчленение этих подцелей приводит к формированию локальных целей на втором уровне дерева целей: 1.1. сокращение суммарных вредных выбросов в атмосферу; 1.2. фиксация объемов этих выбросов с одновременным снижением концентрации вредных веществ; 2.1. охрана ресурсов поверхностных вод от истощения; 2.2. охрана поверхностных вод от загрязнения; 3.1. охрана ресурсов подземных от истощения; 3.2. охрана подземных вод от загрязнения; 4.1. сохранение земельных ресурсов; 4.2. рациональное использование и улучшение земельного фонда.
Перечисленные локальные цели, в свою очередь включают в себя подцели третьего уровня: 2.1.1. регулирование поверхностного стока; 2.1.2. рациональное использование ресурсов поверхностных вод; 2.2.1. сокращение объемов неочищенных промышленно-бытовых стоков сбрасываемых в реки; 2.2.2. предупреждение загрязнения вод удобрениями и ядохимикатами; 3.1.1. ограничение водоотбора из водоносных горизонтов с малыми запасами подземных вод; 3.2.1. ограничение производственной деятельности, вызывающей загрязнение окружающей среды на площадях с плохой геологической защищенностью подземных вод; 4.1.1. охрана земель от водной эрозии; 4.1.2. предупреждение загрязнения земель удобрениями, ядохимикатами и тяжелыми металлами; 4.2.1. всемерная экономия земельного фонда; 4.2.2. выявление и использование резервов земель.
В нашей стране в настоящее время отсутствуют комплексные программы с такими предупреждающими мероприятиями. Однако, достаточно хорошо разработаны мероприятия позволяющие предотвращать отдельные негативные последствия хозяйственной деятельности человека. Под влиянием агротехнических, фитолесомелиоративных, гидротехнических и организационно-хозяйственных мероприятий ослабляются процессы плоскостного смыва. Эффективность каждого отдельного противоэрозионного мероприятия, при этом, должна оцениваться с учетом водорегулирующей способности других мероприятий комплекса, так как только все они вместе дополняя друг друга, могут максимально затормозить эрозионные процессы на речном водосборе и в балочной сети [139,140].
Схема водорегулирующих противоэрозионных мероприятий в Воронежской области, поэтому должна включать в себя: агротехнические мероприятия (контурно-мелиоративную систему земледелия); лесные полосы, размещенные по границам земельных участков и вдоль балок; залужение склонов; инженерно-гидротехнические мероприятия (распылители стока, быстротоки, перепады, донные запруды). Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, так как водоемы уменьшают глубину местных базисов эрозии и являются наносоуловителями. Пруды с повышенной фильтрацией - фильтрующие водоемы способны улавливать твердый сток, предохраняя реки от заиления и одновременно увеличивать питание верхнего горизонта подземных вод, что создает условия для искусственного регулирования подземного стока [139]. На водосборах рек Усмань, Хава, Хворостань, Битюг, Чигла, Елань, Токай, Карачан, Савала отмечаются благоприятные условия для создания прудов, так как большая часть (около 95%) сформирована в слабопроницаемых ледниковых суглинках. На водосборных площадях рек Богучар, Левая Богучарка, Черная Калитва, Россишь, Криуша, Толучеевка под пруды можно использовать только 30-35% балок - при близком залегании палеогеновых глин в верхних частях или грунтовых вод в нижних [144].
