Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow ГИДРОЛОГИЯ МАТЕРИКОВ
Посмотреть оригинал

Интенсивность эрозии почв в природных зонах и сток наносов

Зональные особенности структуры водного баланса водосборов отчетливо проявляются не только в химическом составе континентальных водных масс, но и концентрации речных наносов. Под этим термином понимают совокупность взвешенных в воде, а также влекомых течением по речному дну твердых частиц грунта, размытого водой при стекании со склонов (плоскостная, ручей- ковая и овражная эрозия) или русловым потоком {русловая эрозия).

Ведущий фактор водной эрозии и формирования стока наносов — энергия потока, пропорциональная его расходу и уклону подстилающей поверхности. Фактором, ограничивающим эрозию, служит связность грунтообразующего материала (скальные, мерзлые, глинистые, песчаные грунты), структура почвенного слоя и степень защищенности его поверхности (от воздействия капель дождя) растительным покровом и ее связности корневой системой фитоценоза.

Хозяйственная деятельность общества, преобразующая естественные ландшафты в сельскохозяйственные угодья и урбанизированные территории, существенно влияет не только на внутригодовую изменчивость речного стока, но и на сопротивляемость почвеннорастительного покрова эрозионной деятельности ливней и склонового стока. К концу XX в. площадь преобразованных человеком ландшафтов превысила 14 млн км2 (11 % суши, свободной от ледникового покрова). В большинстве хозяйственно освоенных территорий эрозия интенсифицировалась [2] и насыщенность речных водных масс наносами увеличилась главным образом вследствие:

  • • распашки степей и прерий (более 70 % их целинных земель уже распахано), сведения лесов и распашки бывших лесолуговых угодий, осушения заболоченных земель;
  • • горного скотоводства, способствующего увеличению интенсивности склонового стекания воды в многоводные фазы стока — в половодье и паводки;
  • • добычи полезных ископаемых горной, газо- и нефтедобывающей промышленностью, сооружения дорожной сети и трубопроводов;

. строительных работ на урбанизированных территориях, дно- черпательных работ на судоходных трассах, добычи строительных материалов в речных долинах, гидромеханизации при сооружении плотин.

В то же время отдельные виды хозяйственной деятельности снижают склоновую и русловую эрозию:

  • • лесопосадки, сельскохозяйственное террасирование склонов, рисоводство, культивирование сахарного тростника;
  • • русловыправительные и селезащитные гидротехнические сооружения.

В основу оценки масштабности глобального процесса формирования наносов Г. Н. Голубевым (1982) положен расчет интенсивности склоновой эрозии в доаграрную эпоху. Ее среднее значение определялось для различно водообеспеченных природных зон четырех климатических поясов: бореального, суббореального, субтропического и тропического (полярный и гляциальный пояса, составляющие 22 % суши, не рассматривались). Показателем интенсивности этого процесса служит модуль склоновой эрозии грунта тэп т/(км2 год). В качестве предикторов расчетной зависимости среднего за многолетний период зонального значения /яэг были использованы зональные величины радиационного баланса и индекса сухости (е=Ео/Р), определяющие зональные различия увлажненности и стока, а также природного почвенно-растительного покрова водосборов.

Затем по данным о современной структуре мирового земельного фонда рассчитано изменение интенсивности эрозии в результате сельскохозяйственного преобразования их ландшафтов. Расчеты выполнялись для двух типов зон бореального пояса, включающего тайгу и смешанные леса:

  • • зоны с постоянно мерзлыми грунтами;
  • • зоны с сезонномерзлыми почвами;

и для трех типов зон в остальных климатических поясах:

  • • гумидные (с е < 1);
  • • семиаридные (степи и прерии с е = 1 —2);
  • • аридные (полупустыни и пустыни с е > 2).

Для территорий, превращенных в пашни в гумидных зонах, кратность интенсификации выноса наносов принята равной 100, для подобных угодий в остальных зонах — 10-кратной по сравнению с местными величинами тэг в доаграрную эпоху. Результаты этих ориентировочных геоэкологических расчетов, характеризующие современное формирование взвешенных веществ поверхностным стоком и определяющие мутность склонового генетического типа вод в различных природных зонах, приведены в табл. 2.6.

Как показали эти расчеты, диапазон межзональных различий интенсивности эрозии почв крайне велик: от тэг = 30 т/(км2• год) в лесотундре до « 3000 в наиболее распаханных гумидных зонах лесостепей и наиболее увлажненных степей (прерий) суббореаль- ного пояса. В этих же зонах максимальна и интенсивность выноса растворенных веществ стоком тн = 40 т/(км2 - год) (см. табл. 2.5), которая всего лишь в 4 раза больше среднего модуля ионного сто-

Табл и ца 2.6

Оценка зональных величин среднего модуля эрозии грунта тэг и ежегодной массы эродированного грунта Л/эг на суше в конце XX в.

(по Г. Н. Голубеву, 1982)

Пояс

Тип зоны

Площадь, %

Юэг,

т/(км2 • год)

млрд т/год

Бореальный

С мерзлотой

6

30

0,3

Без мерзлоты

12

450

7,7

300*

Субборе ал ьный

Гумидная

5

2760

16,6

Семиаридная

1030

8,1

Аридная

6

70

0,5

1150*

Субтропический

Гумидная

6

1690

11,1

Семиаридная

7

650

5,6

Аридная

9

170

1,7

720*

Тропический

Гумидная

20

1230

31,8

Семиаридная

13

370

6,3

Аридная

10

160

2,1

710*

Территория суши (128 млн км2)

100

710

91,1

* Среднее значение для пояса.

ка с лесотундры и тундры. Но в отличие от ионного стока, имеющего наибольшую величину Ми в лесной зоне умеренного пояса (в 1,5 раза превосходящую массу ионов в тропической гидрохимической зоне), масса выносимых поверхностным стоком взвесей, по сути, с тех же гумидных тропических ландшафтов («20% суши в табл. 2.6, как и в табл. 2.5) в 4 раза больше средней величины Л/эг, чем в лесной бореальной зоне, и даже вдвое больше, чем в степной гумидной суббореальной зоне.

Средний модуль стока взвешенных веществ с почвенного покрова суши, составляющий 710 т/(км2-год), равен средним значениям тэг для тропического и субтропического поясов (см. табл. 2.6). Он почти в 30 раз больше среднего модуля ионного стока с суши.

Из суммарной величины эродированного водой грунта (> 90 млрд т/год) более половины его массы аккумулируется в том же водосборе в виде делювиальных отложений у подножий склонов. Менее крупные фракции наносов перемещаются дальше уже в составе речных водных масс по русловой сети. Изменение в них концентрации взвешенных веществ зависит не столько от смешения с водными массами притоков, сколько от транспортирующей способности потока, пропорциональной величинам уклона и расхода воды в реке.

Горные реки, характеризующиеся бурным течением, имеют уклон более 1 м/км (%о), в полугорных реках с уклоном 0,5 — 1,0 начинается осаждение из речной водной массы крупнообломочного материала. Равнинные реки имеют уклон менее 0,5 %о. Наибольшее осаждение в них наносов в основном средних и даже частично мелких фракций происходит преимущественно в годы с большим половодьем, когда водой затапливается высокая пойма.

В маловодные и средневодные годы в равнинных реках наносы транспортируются в пределах русла, что сопровождается непрерывным обменом наносами между речной водной массой и русловыми отложениями. На участках русла с повышенным уклоном в этом обмене преобладает процесс взмучивания, и поток насыщается частицами, находящимися на поверхности дна, в соответствии с возрастающей его транспортирующей способностью. Там, где уклон уменьшается и замедляется течение, преобладает осаждение, начиная с самых крупных взвешенных частиц, и мутность речной водной массы уменьшается.

При чередовании меженных и паводковых периодов изменяются уклон и расход воды, интенсивность обменных процессов в русле и протяженность его участков с преобладанием осаждения и взмучивания наносов, продолжительность периодов роста и снижения мутности речной воды. Наиболее прозрачна вода в суровые зимы при концентрации взвеси 1 — 3 г/м3 в реках под ледяным покровом, когда их меженные водные массы состоят почти исключительно из грунтового генетического типа воды, а ее расход в русле снижается до минимального в году значения.

Сочетание зональных особенностей выноса продуктов эрозии в русловую сеть и внутригодовых колебаний водного режима рек определяет величину их среднего за год и за многолетний период стока наносов. Измеряемый гидрометрическими методами сток наносов рек позволяет оценить, по сравнению с геоэкологической оценкой, более дифференцированно пространственную неравномерность интенсивности выноса с водосборов наносов, игнорируя при этом их внутрибассейновое перераспределение склоновым стоком. Основной итог анализа зональных особенностей стока наносов в реках мира, выполненного по данным многолетних гидрометрических наблюдений в более 3700 створах на малых реках с площадью водосбора А от менее 500 км2 до 5000 км2 и на крупных реках с А до более 100000 км2 сведен в табл. 2.7.

Сопоставление модулей стока наносов малых рек, названных в табл. 2.7 зональными, с модулями эрозии (см. табл. 2.6) показывает: • лишь в горах бореального и тропического поясов величины тн и тэг одного порядка; в остальных природных зонах значения тн гидрометрически учтенных взвешенных веществ в среднем в

Таблица 2.7

Модули стока взвешенных наносов ти, т/(км2 год), с гор и равнин в одинаковых природных условиях

(по А. П. Дедкову, В. И. Мозжсрину, 1984)

Зона

Малые реки

Крупные реки

гор

равнин

гор

равнин

Тундра субнивальная

340

5,8

96

11

Тайга и смешанный лес

100

28

40

9,2

Широколиственный лес

240

110

180

67

Лесостепь

160

75

35

Степь

74

79

(88)

29

Полупустыня

220

7,6

130

6,3

Субтропическая степь

160

(230)

(330)

92

Средиземноморские

930

770

790

(220)

Субтропический лес

280

(330)

(76)

80

Тропический лес

190

300

430

(380)

Саванна

(460)

81

(460)

67

Гилея

(43)

(72)

(280)

46

Примечание. В скобках приведены модули стока наносов, оцененные по малому числу водосборов (< 10).

Карта интенсивности современной эро

Рис. 2.4. Карта интенсивности современной эро

1 — изолинии с зубцами, ограничиваю Масштабная шкала изолиний показывает слой Лг среднего за год смыва

зии суши земного шара (наносы, т/(км2 год)) [8]:

шие территорию с резким изменением эрозии.

почвы или грунта, соответствующий значениям тп на карте

  • 10 раз меньше значений /иэг, характеризующих снос эрозионного материала с ландшафтов;
  • • модуль стока наносов с водосборов горных рек, как малых, так и крупных, названных авторами азональными, существенно больше, чем с равнинных территорий;
  • • максимальные значения тн получены для рек средиземно- морских зон, к которым, например, относятся черноморские побережья между городами Новороссийск и Туапсе и южной части Крыма.

При этом отмечается, что в слабо измененных человеком ландшафтах различия модулей стока наносов между возвышенностями и низменностями незначительны, а крупные реки на низменностях имеют даже почти вдвое большие значения тн, чем на возвышенностях, вследствие господства в более многоводных низовьях полизональных рек русловой эрозии рыхлых аллювиальных отложений. Но с усилением антропогенного воздействия на водосборы сток наносов с возвышенностей интенсифицируется больше, чем на низменных территориях.

Более детальные исследования формирования стока наносов зональных рек на каждом материке [8] завершились созданием карты современной интенсивности внутриконтинентальной эрозии суши. Для этого были обобщены многолетние данные по стоку наносов и воды более 1600 зональных рек (с площадью бассейна не более 50 тыс. км2). Установлены линейные зависимости между логарифмами средних годовых значений модуля стока наносов и слоя водного стока lg mn=f(gy) для водосборов, расположенных в 46 регионах суши. Они отличаются помимо зональных особенностей почвенно-растительного покрова еще и пересеченностью рельефа, местоположением в предгорьях, горах. В сочетании с картами водного стока отдельных материков [17] эти зависимости использованы для восполнения недостатка гидрометрических данных по стоку наносов в отдельных участках выделенных регионов. Затем рабочие карты материков были объединены в мелкомасштабную карту интенсивности современной эрозии суши.

На этой карте (рис. 2.4) видно, что минимальными значениями тн менее 2т/(км2 год) отличаются малые водосборы Ботнического залива и восточного побережья Балтийского моря, южного побережья Белого моря и восточной части Баренцева моря (Мало- и Большеземельская тундры), Яно-Индигирской низменности и бассейна р. Вилюй, где особенно мала продолжительность безморозного периода года. В горной тундре интенсивность выноса речных наносов возрастает в 10—15 раз из-за увеличения уклонов и стока воды, развития солифлюкции, нарушающей сплошность растительного покрова. В тундрах и лесотундрах среднегодовая мутность речных водных масс менее 20 г/м3 и концентрация взвесей большую часть года в 1,5 —3 раза меньше минерализации.

Незначительно среднегодовое значение модуля стока наносов и с водосборов в африканских пустынях Сахара, Калахари и Намиб, на полуострове Сомали, в азиатских пустынях Такла-Макан и Гоби, в пустынях Центральной Австралии — тн менее 5 т/(км2- год). Но причина малости значений тн здесь совершенно иная, чем в тундре. Здесь ливни крайне редки, но интенсивны и образуют нередко очень бурные, но быстро иссякающие потоки с необычайно мутной водой, а в пересеченной местности — даже сели. Концентрация наносов в них существенно больше минерализации, хотя Xй и достигает иногда 5—10 г/л.

Наиболее велики среднегодовые значения модуля стока наносов — 2—6 тыс. т/(км2- год) — в горных районах Юго-Восточной Азии с интенсивными ливнями в летний муссон, особенно на водосборах с поврежденными пожарами и вырубками лесными массивами. Но максимальное значение mHi равное 11,5 тыс. т/(км2 год) зафиксировано в верховьях р. Вайхэ— самого крупного правого притока р. Хуанхэ, пересекающего степную, сильно распаханную зону на территории Лессового плато в Китае (лессы относят к наименее устойчивым грунтам). Мутность воды в половодье на этой реке достигает 1800 кг/м3.

Малой мутностью воды обычно называют концентрацию речных наносов менее 100 г/м3, средняя мутность — 100—1000 г/м3, высокая — более 1 кг/м3. Сель — поток, движущийся по горной долине со скоростью до 10 м/с, имеет плотность полужидкого вязкого и (или) крупнообломочного грунта 1100 — 2400 кг/м3. Такие потоки за один сель выносят с горного водосбора до 10 млн м3 грунта.

Внутригодовая изменчивость мутности воды в реке выражена многократно сильнее, чем изменчивость ее минерализации, и имеет иную закономерность колебаний при смене фаз водного режима. В отличие от минерализации, мутность возрастает пропорционально росту расхода воды в многоводные фазы стока. Нередко в своей верхней части эта зависимость петлеобразна вследствие того, что на подъеме половодья или паводка в составе первичной речной водной массы наибольшую долю составляют самые мутные воды склонового генетического типа, тогда как на спаде они иссякают и нарастает доля почвенного, а затем грунтового типа вод с наименьшим содержанием взвесей.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы