Совершенствование методики выделения эрозионно-опасных территорий с учетом динамики рельефа при землеустройстве

Короткий опис

Содержание
ГЛАВА 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТЫ АГРОЛАНДШАФТОВ ОТ ЭРОЗИИ...9

1.1 Роль и влияние эрозии на хозяйственную деятельность человека...9

1.2 Существующие представления об эрозии...13

1.3 Историко-методологический обзор развития способов защиты агроландшафтов от эрозии...19

1.4 Карты и планы при составлении проектов защиты

агроландшафтов от эрозии...28

ГЛАВА 2 ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ...39

2.1 Природно-климатические условия...39

2.2 Гидрологические условия...40

2.3 Почвенный покров...41

2.4 Геоморфологические условия...47

2.5 Инженерно-геологические условия...53

2.6 Современные физико-геологические процессы и явления...56

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ПЛАСТИКИ РЕЛЬЕФА...62

3.1 Аналитическое обоснование метода пластики рельефа...62

3.2 Построение карт пластики рельефа...67

3.3 Исследования свойств морфоизограф...71

3.4 Экспериментальные исследования точности положения морфоизограф...79

3.5 Карты пластики рельефа и характеристики агроландшафта...88

ГЛАВА 4 МЕТОДИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ЭРОЗИОННО-ОПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОРФОИЗОГРАФ /на

3

примере территории СХА «Нива» Каширского района Воронежской области/ ...94

4.1 Характеристика территории СХА «Нива» Каширского района Воронежской области...94

4.2 Выделение эрозионно-опасных территорий традиционным методом...95

4.3 Выделение эрозионно-опасных территорий с использованием морфоизограф...101

4.4 Сравнительный анализ эрозионно-опасных земель,

определенных по традиционной и предлагаемой методике...107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...ПО

Список использованной литературы...111

Приложения...121
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Любые производственные и гражданские объекты находятся в условиях влияния комплекса природно-техногенных воздействий и, соответственно, подвергаются различным негативным процессам. Как, инженерно-технические сооружения находятся в сфере изменений геологического, гидро- и гидрогеологического характера, определяющих пригодность их для дальнейшей эксплуатации, так и сельскохозяйственные предприятия, осуществляющие свою производственную деятельность путем использования выделенных им земель, находятся в сфере аналогичного комплекса природно-техногенных воздействий, ухудшающих условия использования природных ресурсов. Применительно к сельскому хозяйству, под при-родно-техногенным комплексом воздействий понимается: водная и ветровая эрозии, суффозионные процессы, геохимические изменения поверхностных и приповерхностных свойств грунта и многое другое.

Известно, что в составе сельскохозяйственных угодий России более 117,1 млн. га занимают дефляционно - и эрозионно-опасные, в том числе эродированные и дефлированные - 51 млн. га, из них 36 млн. га пашни. Общая площадь оврагов составляет более 2 млн. га, а площадь заовраженных земель - более 5 млн. га. Каждый третий гектар пашни и пастбищ является эродированным и нуждается в осуществлении мер защиты от процессов, приводящих к деградации. В Черноземной зоне России овраги ежедневно уничтожают до 70-80 га земли, широко распространена плоскостная эрозия, что приводит к снижению мощности гумусового горизонта и плодородия почвы, и, соответственно к потере от 12 до 80% урожая.

Для ЦЧЗ основной формой эрозии земель является водная эрозия, следствием которой является рост овражно-балочной сети и плоскостной смыв.

В настоящее время основным методом контроля эрозионной активности являются натурные визуальные наблюдения за развитием геометрии

промоин и оврагов, на основе чего предлагается то или иное землеустроительное решение.

Основой современного подхода к изучению причин и процессов овра-гообразования стали труды В.В. Докучаева, С.С. Соболева. В настоящее время проектированию противоэрозионных мероприятий посвящено большое количество исследований, выполненных такими учеными, как А.А. Варламов, И.П. Здоровцов, В.Д. Иванов, А.Н. Каштанов, Н.Г. Конокотин, М.И. Ло-пырев, Г.И. Швебс, Ф.Н. Лисецкий и многими другими.

На этой основе разработан существующий подход к принципам выделения эрозионно-опасных земель, успешно используемый при экстенсивной организации территорий сельскохозяйственных предприятий. Отметим, что существующие методы противоэрозионной защиты территории, связаны с изменением текущих проявлений эрозионной активности и не рассчитаны на долговременную перспективу, определяемую комплексным подходом к развитию эрозионно-опасных процессов. Поэтому, учитывая современные требования к интенсивности и эрозионной безопасности использования, а также сохранности земельных ресурсов, необходимо решить вопрос о полноценном анализе существующих и проектируемых противоэрозионных мероприятий.

С нашей точки зрения дифференцированный учёт влияния эрозионной активности на стадии землеустроительного решения представляется технически сложным и экономически эффективным лишь в первые годы, так как не учитываются общие тенденции развития территории. Поэтому совершенствование методологии комплексных оценок природно-техногенных воздействий при принятии землеустроительных решений в условиях эрозионно-опасных процессов является актуальным вопросом.

Объектом исследований являются эрозионно-опасные земли сельскохозяйственного назначения Липецкой и Воронежской областей.

Предмет исследования — землеустройство в условиях развития поч-венно-эрозионых процессов и типизация земельных массивов в агроланд-шафтах с учетом динамики рельефа.

Целью настоящего исследования является совершенствование методики выделения эрозионно-опасных земель при землеустроительном проектировании.

Задачи исследования:

1. Изучить картографическую информацию, используемую в настоящее время для выделения эрозионно-опасных земель при землеустроительном проектировании.

2. Разработать методику комплексных оценок геоморфологической однородности территории при типизации земельных массивов в агроланд-шафтах методом пластики рельефа.

3. Апробировать эту методику в Воронежской и Липецкой областях с проведением исследований планового положения морфоизограф во взаимосвязи с геологическими и гидрогеологическими свойствами территории и проявлением водной эрозии.

4. Разработать рекомендации по использованию методики выделения эрозионно-опасных земель при землеустроительном проектировании.

Материалы и методы исследований. Решение поставленных задач базировалось на материалах полевых и камеральных исследований автора, проводимых в 1998-2004 гг., литературных источниках, картографических и фондовых материалах Комитета по земельным ресурсам и землеустройству Задонского района Липецкой области. При решении поставленных задач были использованы методы ландшафтного картографирования, математической статистики, элементов математического моделирования.

Достоверность результатов работы подтверждается использованием надежных исходных данных, картографических материалов; применением обоснованных методов расчета и достаточно высокой сходимостью теорети-

ческих и экспериментальных данных; представительностью фактических материалов, полученных при исследовании свойств морфоизограф. Научная новизна работы состоит:

- в обосновании необходимости использования данных геоморфологической однородности территории при выделении эрозионно-опасных земель;

- в применении морфоизограф как совокупности особых точек поверхности, характеризующих геометрические места ее перегибов в качестве оценок геолого-гидрогеологической однородности территории;

- в результатах исследования взаимосвязей рисунка морфоизограф и при-родно-техногенных характеристик территории;

- в выделении в Воронежской и Липецкой областях нового класса потенциально эрозионно-опасных земель на основе карт пластики рельефа, обусловливающих его динамику, что необходимо для принятия противоэрозионных землеустроительных решений.

Практическая значимость полученных результатов. Методика использования морфоизограф в качестве прогнозных характеристик динамики рельефа позволяет повысить надежность принятия землеустроительных решений для предупреждения развития эрозионно-опасных процессов. Результаты исследований могут быть использованы специалистами землеустроительных служб, проектных и изыскательских организаций, связанных с мониторинговыми исследованиями.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика выделения эрозионно-опасных территорий с учетом динамики рельефа при землеустроительном проектировании.

2. Результаты апробации этой методики в Воронежской и Липецкой областях, позволяющие сделать заключение о целесообразности использования морфоизограф в качестве комплексных оценок геоморфологической однородности территории и типизации земельных массивов в агроландшафтах.

8

3. Рекомендации по использованию метода пластики рельефа в землеустроительной практике в качестве основы обоснования противоэрозионных землеустроительных мероприятий, учитывающих геолого-геоморфологическую неоднородность территории.

Реализация результатов работы. Материалы и результаты исследований использованы в Земельной кадастровой палате по Воронежской области и в учебном процессе Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки при преподавании дисциплин: «Эрозионная оценка земель» и «Противоэрозионная организация территории».

Апробация работы. Основные положения диссертации неоднократно докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава землеустроительного факультета Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки (2002-2004), на научно-методическом семинаре естественно-географического факультета ВГПУ (2004) и на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (ВГАУ, Воронеж, 2003).

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке исходных данных, в проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе результатов, в формулировании выводов и разработке методических основ комплексного подхода к решению задач оценок природно-техногенных воздействий при землеустроительном проектировании.

ГЛАВА 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТЫ АГРОЛАНДШАФТОВ ОТ ЭРОЗИИ

1.1 Роль и влияние эрозии на хозяйственную деятель-

ность человека

Одной из глобальных задач современности является защита и сохранение окружающей среды от воздействий природного и антропогенного характера. В сферу решения этой задачи, конечно, попадают и земельные ресурсы, которые, как известно не безграничны. Так, в настоящее время на Земле потенциально пригодных к использованию земель насчитывается около 3,2-109 га, однако, в сельском хозяйстве используется около 1,5-109 га земель [116]. Положение осложняется тем, что на 7% суши сконцентрировано 70% человечества. В этих условиях часть пахотных земель ежегодно и в возрастающих масштабах отчуждается для целей строительства - городского, транспортного и промышленного. Кроме того, часть почв ежегодно безвозвратно теряется в результате эрозии.

В современной России борьба с эрозией - одна из важнейших государственных задач развития сельского хозяйства. Для её решения разработаны зональные комплексы взаимодополняющих организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических и противоэрозион-ных мероприятий, различные агроэкологические мероприятия.

Для ЦЧЗ одной из основных форм эрозии земель является водная эрозия, следствием которой является рост овражно-балочной сети. Наглядное и убедительное представление о распространении и степени подверженности почв процессам эрозии в ЦЧЗ дает рисунок 1.

10

Условные обозначения

Степень распространения эрозии

Площадь

Градация

Эродирован-ность пашни,

тыс. га

Очень низкая

менее 10

2649,6

25,4

Низкая

10-20

3115,7

29,9

Средняя

20-35

2325,8

оо

Повышенная

35-50

1300,4

12,5

Высокая

более 50

1026,5

9,9

Рис. 1. Степень распространения эрозии в ЦЧЗ

11

При сильном развитии почвенной эрозии снижается плодородие земель, повреждаются посевы, овраги превращают сельскохозяйственные угодья в неудобные земли и затрудняют обработку полей, происходит заиление рек и водоёмов. Эрозия разрушает дороги, линии связи, электропередач и другие коммуникации.

Несравненный ущерб эрозия наносит сельскому хозяйству. Так по данным приведенным М.А. Цветковым [105] и Зориной Е.Ф. [46], вместе с увеличением доли пашни начиная с 1696 г. по 1914 г. (рис. 2) наблюдается уменьшение пастбищ и сенокосов в общей структуре сельскохозяйственных угодий.

На рисунках 2 и 3 даны в процентах соотношения доли пашни к общей площади сельскохозяйственных угодий, в связи с тем, что в различные годы общая площадь сельскохозяйственных угодий была различна.

О)

о

а.

со

ЮСОООСОт-ООГ^-'^-Г^-'^-О

eg ю n о) (о (о » '

СМ ^ 00 СМ

ф N СО 0О О) О) О

| СП СП О

¦ т- т- СМ

¦ Пашня ¦ Сенокосы и пастбища

Рис. 2. Сравнительный анализ доли пашни в общей структуре сельскохозяйственных угодий по Воронежской области

12

1914 1967 1974 1980 1982

Время, годы

1994 1998 2002

Рис. 3. Уменьшение доли пашни в общей структуре сельскохозяйственных угодий по Воронежской области

Как видно из графиков (рис.3, 4), общая площадь сельскохозяйственных угодий за последние годы (1994-2002) существенно уменьшается. Вместе с тем имеется тенденция к переводу пашни в менее ценные земли.

1914 1967 1974

1980 1982 Время, годы

1994 1998 2002

Рис. 4. Увеличение доли сенокосов и пастбищ в общей структуре сельскохозяйственных угодий по Воронежской области

13

1.2 Существующие представления об эрозии

Основу современных представлений об оврагообразовании заложили В.В. Докучаев, С.С. Соболев. К работам, посвященным теории развития оврагообразования относятся труды Мирцхулавы Ц.Е. [71], Рожкова А.Г. [88], Иванова В.Д. [33] и др. Исследованиям методов противоэрозионной защиты и организации территорий посвящены труды таких ученых как: Лопырев М.И. [64, 65], Каштанов А.Н. [50], Заславский М.Н. [41], Здоровцов И.П. [45].

Основной причиной овражности, как показано в работах В. В. Докучаева [31], Масальского В. И. [67], Керн Э. Э. [54], Козьменко А. С. [57], является распашка земель. Выявлением причин оврагообразования в Центральном Черноземье занимались А. Ф. Гужевая [28], М. В. Проничева [86], Д. И. Брауде [12] и др [24, 66, 100]. Здесь под овражностью (Бондарев В. П., 1994, [11]) понимается отношение площади занятой под оврагами к общей площади, анализируемой территории.

Под эрозионно-опасными территориями мы понимаем земли, подвергающиеся совокупности природно-техногенных и антропогенных воздействий, ведущих к деградации почвенного плодородия в большей степени, чем происходят процессы по его естественному восстановлению.

В классическом виде [10], под эрозией понимается процесс разрушения горных пород и почв водным потоком, ветром, перемещение продуктов разрушения и их переотложение. Как правило, эрозия проявляется в виде:

1) непосредственного механического воздействия течения, вызывающего взвешивание (и унос) твердых частиц или их перемещение по поверхности ложа водным потоком;

2) растворения пород водой (коррозия);

3) стирания и обтачивания ложа потока переносимыми водой частицами (коррозия);

14

4) возбуждения электрических зарядов противоположного знака в системе «вода — твердые тела», что способствует суспензированию мелких частиц.

Размывающая способность потока тем значительнее, чем больше скорость течения, и зависит она от характера подстилающей поверхности (ложа).

Эрозию считают одним из главных факторов формирования рельефа земной поверхности или рельефообразования.

Различают поверхностную эрозию (смыв со склонов), способствующую сглаживанию неровностей рельефа, и линейную эрозию (образование оврагов, балок, долин), приводящую к расчленению рельефа земной поверхности, водную и ветровую эрозии.

Водная эрозия проявляется на склонах, где стекает дождевая или талая вода и подразделяется на плоскостную (сравнительно равномерный смыв почвы под влиянием стока воды, не успевающей впитаться), струйчатую (образование неглубоких промоин, устраняемых обычной обработкой) и глубинную (размыв потоками воды почв и горных пород).

Ветровая эрозия, или дефляция, развивается на любых типах рельефа, в том числе на равнинах; бывает повседневной (ветры малой скорости поднимают в воздух почвенные частицы и относят их на другие участки) и периодической — пыльные бури (сильные ветры поднимают в воздух верхний слой почвы, иногда вместе с посевами, и переносят почвенные массы на большие расстояния).

По степени разрушения почвенную эрозию подразделяют на нормальную (естественную) и ускоренную (антропогенную).

Нормальная почвенная эрозия протекает медленно, при этом плодородие почвы не снижается.

15

Ускоренная эрозия связана с хозяйственной деятельностью человека — с неправильной обработкой почвы и орошением, нарушением растительного покрова при выпасе скота, сведением лесов, строительными работами.

Анализ причин оврагообразования. При проведении землеустройства, одним из главных вопросов, связанных с назначением комплекса организационно - хозяйственных мероприятий, является анализ и выявление причин оврагообразования.

При всем многообразии причин оврагообразования, рассматриваемых в литературе, можно классифицировать их на четыре группы по причинно-следственным связям: геоморфологические, геологические, гидрометеорологические, антропогенные.

1. Геоморфологические условия. Из геоморфологических условий наиболее часто рассматриваются глубины местных базисов эрозии, густота доли нно-балочной сети и характеристики склонов (экспозиция, длина, крутизна, форма). Так на влияние глубины базисов эрозии указывали В. В. Докучаев, Леваковский И. Ф.[63], Козьменко А. С. [57] и др.

Вопрос о характере влияния крутизны и длины склона на смыв почвы в силу его исключительного научного и практического значения привлекал и продолжает привлекать внимание многих исследователей (Бурыкин A.M., 1973, [13]; Конокотин Н.Г. [58]; Костяков А.Н. I960 [53]). Несмотря на обилие информации, он все еще по-прежнему остается дискуссионным.

Особую роль при оврагообразовании играет форма продольного профиля склона (Хруцкий СВ., 1979 [104]; Лопырев М.И., 1976 [65]). Наряду с длиной, крутизной и экспозицией склона она во многом определяет характер и интенсивность поверхностного смыва в пространстве и во времени. Форма склона как производная эндогенных и экзогенных процессов в прошлом и настоящем существенно влияет на интенсивность проявления эрозии и аккумуляции. Поэтому при оценке эрозионно-аккумулятивных процессов и при

16

решении практических вопросов рационального природопользования необходимо знать и учитывать влияние этого фактора.

2. Геологические условия. Многие исследователи рассматривали различные геологические условия как факторы оврагообразования. Этот фактор действует в трех важных направлениях. Во-первых, он определяет рельеф местности, что зависит от горных пород и их подверженности процессам выветривания (в долгосрочном плане). Во-вторых, характеристики продуктов выветривания и почв в значительной мере зависят от типа материнских пород. Водоудерживающая способность почвы зависит, кроме того, от растительного покрова. В-третьих, макроструктура самой породы определяет в общих чертах роль, которую играют приповерхностный и поверхностный стоки. Так Г.В. Занин [40] показал, что рост оврагов во многом зависит от литологии пород. Очень часто рассматривают влияние неотектоники на интенсивность развития и распространения овражной сети. Н.М. Коротана [59] считает, что тектонические структуры через размещение водоразделов и речных долин обусловили рисунок и распределение балок и оврагов, всюду прорезающих склоны речных долин и водоразделов.

Влияние происхождения древнейшего рельефа на процесс создания эколого-геоморфологических ситуаций может быть прямым и косвенным. В первом случае (прямое влияние) примером может служить прямая зависимость промышленно-гражданского строительства во многих крупных городах восточной части Приволжской возвышенности от активного современного перемещения оползневых масс, многие из которых были сформированы еще в дочетвертичное время.

Во втором случае (косвенного влияния) особенности происхождения древнего рельефа создают определенные предпосылки для возникновения опасных геоморфологических ситуаций: опасный геоморфологический процесс еще не наступил, но может наступить с началом хозяйственного освоения таких форм рельефа.

17

Так, С.К. Гореловым [26] установлено, что многие элементы рельефа, образующие в совокупности тот или иной тип геоморфологического строения территории Северной Евразии, были созданы в гораздо более древние геологические эпохи в палеогене и даже мезозое, т.е. десятки и сотни миллионов лет назад. Выделяя отдельные формы рельефа современной земной поверхности в качестве древних, имелось в виду их подобие (не тождество) формам, существовавшим в минувшие геологические эпохи.

3. Гидрометеорологические условия. Наиболее важным фактором пространственного распределения процессов эрозии является климат, определяющий развитие естественного растительного покрова и почвенной эрозии.

Влияние климатического фактора на сток и проявление эрозионных процессов изучали многие исследователи. Большинство из них (Сурмач Г.П. (1976) [100], Рожков А.Г. (1981) [88]) пришло к выводу, что из всех элементов климата только осадки непосредственно воздействуют на формирование стока воды. Все остальные элементы (температура, влажность воздуха, ветер, инсоляция и др.) влияют косвенно.

Значение гидрометеорологического фактора заключается в основном в определении гидрологического баланса на поверхности почвы путем регулирования количества атмосферных осадков и испарения. Влияние климата складывается из двух элементов, играющих особенно важную роль в развитии процессов почвенной эрозии. Этими элементами являются интенсивность осадков, а также сезонность выпадения их, которая в сочетании с испарением регулирует общий сток и характеристики растительного покрова [88].

Однако роль осадков тоже неоднозначна. Жидкие осадки, например, уже в момент выпадения, соприкасаясь с поверхностью почвы, вызывают разного рода изменения в его свойствах. В одних случаях они способствуют временному структурообразованию (дожди с малой интенсивностью и мелкими каплями). В других, наоборот, вызывают разрушение почвенных агрегатов (дожди с высокой интенсивностью). При малом слое жидких осадков

Список литературы