ГЕОМОРФОЛОГИЯ
№ 2 апрель-июнь 2012
МЕТОДИКА НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ
УДК 551.435.162
© 2012 г. Е.Ф.ЗОРИНА|, И.И. НИКОЛЬСКАЯ, С.Д. ПРОХОРОВА, Т.С. ДАИКОВСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ И РИСК ОБРАЗОВАНИЯ ОВРАГОВ1
Среди комплекса природно-антропогенно-техногенных факторов природные выделяются как основа для анализа сущности процесса овражной эрозии. Основные из них (площади склоновых водосборов, уклоны, скорости потоков ливневых и талых вод, осадки теплого и холодного времени года, тип подстилающей поверхности и др.) обеспечивают процесс оврагообазования. От них во многом зависят потенциально возможные длина, объем, ширина, глубина и площадь оврагов. Для оценки развития овражной эрозии на склоновых водосборах крупных эрозионных форм (малые реки и балки) необходимо проанализировать оврагоопасность каждого водосбора путем применения расчетной методики определения предельных параметров.
Вероятность начала и последующего развития оврага на склоне обусловлена комплексом природных и антропогенных факторов, воздействие последних можно оценить как во времени, так и в пространстве только вероятно. При составлении в 1990-х годах в НИ лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева карт потенциала овражной эрозии исходили из предположения, что на всех водосборах, где могут по природным предпосылкам образоваться овраги, они образуются со 100% вероятностью (по количеству, длине, площади, объему). Это был прогноз опасности развития овражного процесса. Вместе с тем, картографический анализ распространения склоновых водосборов речной и балочной сети показал, что лишь 15% протяженности склонов поражены оврагами в настоящее время. Из оставшихся 85% не менее половины (до 50%) имеют оврагоопасные водосборы, на которых оврагов до настоящего времени нет, и вероятность их образования за годы, прошедшие фактически со времени начала сельскохозяйственного освоения юга Нечерноземья (территория, где анализировалось распространение оврагов), составляет 30%. Она включает площади разной степени эрозионной опасности. Рассмотрение вероятности образования оврагов на всех склоновых водосборах может создать представление как о малой современной реализации процесса, так и значительном потенциале территории по овра-гообразованию.
Для более детального изучения вероятности оврагообразования рассматривались склоновые водосборы долин рек и балок юга Нечерноземья - наиболее заовраженной части Русской равнины, имеющей особо благоприятные для развития эрозии природные характеристики (глубина базиса эрозии, крутые склоны, большие площади водосборов). В бассейнах рек Оки и Дона по картам м-ба 1:25000 было рассмотрено около 100 произвольно выбранных долинно-балочных систем. По их берегам выделено около 1000 склоновых водосборов. Для каждого из них измерены длина, глубина базиса
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 10-05-00385).
эрозии, ширина и площадь. Такие же показатели получены для развивающихся на них оврагов. Используя полученные данные и природные характеристики территории, рассчитан потенциал оврагообразования, представляющий собой предельно возможную по природным предпосылкам длину оврага, образованного на водосборе склона балки или реки. При этом условия антропогенного вмешательства приняты одинаковыми -нарушен почвенный, естественный дерновый и растительный покров. Потенциал оврагообразования может определяться как для отдельного склонового водосбора, так и для бассейна балки, реки или целого региона. Для расчета потенциальной длины оврага использованы плановые характеристики склонового водосбора, глубина базиса эрозии, размывающие скорости, фильтрационные характеристики почвогрунтов, тип обработки и состояние полевых угодий. Длина оврага на заключительной стадии развития 1пот определялась по зависимости [1]:
= H0 Q 067 Кот °.3 ^ 27 ^ 2A 0.67 , (1)
где H0 - глубина базиса эрозии, м; Q - расход жидкого стока, м3/с; Vp - размывающая скорость, м/с; величина А - соотношение между шириной и глубиной потока, приближающееся на завершающей стадии развития к 10; п - коэффициент шероховатости, равный 0.25.
Расход воды с водосборного бассейна расчетного процента вероятности превышения вычисляется в соответствии с Инструкцией ГГИ [2]. Для определения расхода в качестве исходных параметров взяты площадь водосбора и модуль стока. Последний является функцией гидроморфометрической характеристики склонов, определяющей условия добегания поверхностного стока. Для определения гидроморфометрических характеристик предложены следующие расчетные зависимости: слой стока - 100 мм; коэффициент стока при площади водосбора менее 0.1 км2 - 0.67, при большей площади водосбора - 0.62, размывающая скорость - 1.7 м/с.
Анализ полученных значений потенциальных длин оврагов позволяет разделить выделенные водосборы на два типа, различающихся между собой современным развитием овражной эрозии и ее потенциальными характеристиками.
1. Склоновые водосборы безопасные с точки зрения возможности образования на них оврагов. В тех случаях, когда расчетная длина оврага не достигает 70-80 м, водосбор может считаться неоврагообразующим (N1). В условиях малых глубин базисов эрозии, коротких, прямых и вогнутых склонов оврагообразующих водосборов может быть крайне мало или они вовсе отсутствуют.
2. Склоновые водосборы оврагообразующие (N2). К ним относятся водосборы, на которых расчетная предельная длина оврагов превосходит 70-80 м. Среди них можно выделить три подтипа: а) водосборы (N3), на которых развивающиеся современные овраги, достигли прогнозной длины; б) водосборы (N4), на которых современные овраги в настоящее время не достигли своей предельной длины и находятся на разных стадиях развития; в) водосборы (N5) в настоящее время не имеющие овражных форм (N2 = N3 + N4 + N5). Водосборы, не представляющие эрозионной опасности (неоврагообразующие), в дальнейшем не рассматриваются. Они могут использоваться под пашню, постройки, дорожное строительство. На остальных склоновых водосборах при определенных условиях землепользования могут развиваться овраги, в процессе своего роста достигая предельных по природным условиям размеров.
Полученные расчетные данные о количестве водосборов разных типов позволяют определить вероятность оврагообразования, т. е. появления оврага на склоне, как частное от деления количества оврагов на склоновых водосборах на количество овраго-образующих водосборов:
N3+N4
Pn= * 4 100,%. (2)
N2
Таблица 1
Вероятность образования оврагов на склоновых водосборах
Наименование бал- Количество водосборов (бассейн р. Дон), ед Протяженность, м Вероятность (Р)
ки (юг Нечерноземной зоны)
общее оврагообр. с соврем. оврагами потенц. длина оврагов соврем. длина овраго-образования достижения предельной длины
Миронов Верх Старый лог 8 11 7 10 4 8 1100 1625 350 925 0.6 0.8 0.3 0.6
Мармыжи 10 10 7 1720 900 0.7 0.5
Б. Крутая 15 15 10 3735 2355 0.7 0.6
Б. Верх (Новосиль) 22 22 9 6570 1445 0.4 0.2
Замарашин Верх 11 8 8 1310 1075 1.0 0.8
Вязоватая 21 21 15 6383 3150 0.7 0.5
Любовша 12 12 11 4155 2490 0.9 0.6
Суходол 9 9 9 2920 2700 1 0.9
Крутой Верх 11 11 7 3020 975 0.64 0.3
Сравнение расчетной потенциальной длины овражной сети и ее современных размеров дает возможность определить вероятность развития оврагов до размеров предельной длины, а также риск ежегодного увеличения длины овражных форм и соответственно потерь площади. Вероятность достижения оврагом предельной длины (Р) определяется как частное от деления суммарной длины современных оврагов (1ов) на водосборах (^+N4) на суммарную предельную длину (1пот) всех оврагов на водосборах
Р =-^-100,%. (3)
1 I +1 +1
1пошз 1поШ4 1пвШ5
Для каждого отдельно взятого водосборного бассейна также была определена доля реализации по количеству оврагов (частное от деления количества современных оврагов на количество расчетных) и доля реализации по длине (соотношение суммарной длины современных оврагов к суммарной длине потенциальных). Разность между потенциальными и современными длинами оврагов определяет возможный прирост длины овражной сети.
Как правило, вероятность начала оврагообразования (по количеству появившихся оврагов) превосходит вероятность достижения овражными формами предельных размеров. В таблице 1 приводятся примеры расчетов вероятности оврагообразования на склоновых водосборах и вероятности достижения к настоящему времени овражными формами предельной длины по ряду балок юга Нечерноземья. Полученные значения "вероятности" процесса целесообразно учитывать при анализе разработанных карт потенциала овражной эрозии, корректируя по ним получаемые с карт значения.
Вероятность образования оврага в единицу времени может быть названа "риском", для определения которого нами был принят отрезок времени равный году. Особенность расчета "риска" разрушения земельных угодий овражной эрозией заключается в закономерном изменении во времени интенсивности процесса как для каждой конкретной эрозионной формы, так и в целом для региона. При этом надо учитывать "вероятностный" характер начала образования оврага, обусловленный антропогенным вмешательством в процесс формирования стока на водосборе и последующим развитием возникшей эрозионной формы по естественным законам. В простейшем виде зависимость для определения риска потерь
протяженности склонового водосбора в результате развития эрозионного процесса может быть представлена как:
Л = -^-/ск ■ (4)
1пот -
где /ов - современная длина оврага на склоне; 1пот - предельная длина, до которой может развиться овраг в конкретных природных условиях. Она получается расчетным путем (1), исходя из комплекса природных характеристик; Т - время роста оврага до современной длины (годы); /ск - длина отрезка склона, на котором по прогнозу может развиваться овраг, достигая предельной длины (1пот), т. е. возможный прирост длины /ск = /пот - /ов. Зависимость была бы справедлива, если бы условия развития оврага на протяжении его роста были одинаковы и можно было говорить о ежегодной доле потерь протяженности склона. Однако, картина естественного процесса роста склонового ов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.