Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.25, кандидат географических наук Кузнецова, Юлия Сергеевна

• Кузнецова, Юлия Сергеевна
• кандидат географических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат географических наук Кузнецова, Юлия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕЖДУРЕЧЬЯ И ОСОБЕННОСТИ

ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ИХ ПРЕДЕЛАХ

1.1. Междуречье: терминология, типизация, процессы

1.1.1. Определение междуречья

1.1.2. Классификации междуречий

1.1.3. Строение междуречий и процессы их преобразования

1.2. Эрозионные процессы на междуречьях 18 1.2.1. Общие положения

1.2.2. Почвенно-эрозионные процессы на междуречьях

1.2.2.1. Механизмы эрозии почв плоскостная и струйчатая эрозия капельная эрозия и капельная деструкция подповерхностная эрозия механическая эрозия

1.2.2.2. Делювиальный морфолитогенез и диагностика процессов эрозии почв денудационные формы 23 диагностика результатов смыва и размыва почв и грунтов аккумулятивные формы и их строение диагностика делювиальных толщ

1.2.2.3. Ложбинная сеть и ее роль в эрозии почв

1.2.2.4. Факторы эрозии почв общие положения роль фактора рельефа

1.2.3. Овражная эрозия

1.2.3.1. Морфология оврагов

1.2.3.2. Процессы формирования и роста оврагов, стадии их развития

1.2.3.3. Основные особенности овражных отложений

1.2.3.4. Классификации оврагов

1.2.3.5. Факторы овражной эрозии

1.2.3.7. Потенциал оврагообразования

1.2.4. Пространственная организация эрозионно-аккумулятивных процессов в пределах междуречий

1.2.5. Изменение геоморфологического облика междуречий под влиянием эрозионных процессов

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

2.1. Географическое положение

2.2. Общая физико-географическая характеристика

2.3. Флювиальный рельеф и эрозионно-аккумулятивные процессы

- на Среднерусской возвышенности

2.4. Геоморфологическое районирование Среднерусской возвышенности

2.5. История освоения Среднерусской возвышенности

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Выбор методов и порядок исследования

3.2. Натурные методы исследований

3.2.1. Почвенно-морфологический метод

3.2.2. Радиоцезиевый метод

3.2.3. Метод замеров водороин

3.3. Эмпирико-математическая эрозионная модель ШЬЕ/ГГИ

3.4. Морфометрические исследования рельефа для оценки темпов эрозионных процессов

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Особенности картографической генерализации на топографических картах

3.4.3. Выбор масштабов исследований

3.4.4. Описание морфометрических работ

ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ЭРОЗИОННО-АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РЕЛЬЕФ МЕЖДУРЕЧИЙ на примере исследований на ключевых участках)

4.1. Объекты исследований

4.2. Бассейн р. Воробжи

4.2.1. Характеристика бассейна

4.2.2. Динамика линейных форм флювиального рельефа в бассейне реки Воробжи

4.2.3. Оценка влияния экстремальных эрозионных событий на развитие междуречий на двух ключевых участках

4.2.4. Оценка перераспределения наносов на водосборе балки

Грачева Лощина (водосбор второго порядка)

4.2.4.1. Характеристика объекта и методы исследований

4.2.4.2. Основные результаты

4.2.4.3. Разномасштабное моделирование эрозии почв на водосборе балки Грачева Лощина

4.2.5. Оценка баланса наносов на водосборе балки Лебедин 117 (водосбор четвертого порядка)

4.3. Бассейн р. Зуши

4.3.1. Характеристика бассейна

4.3.2. Динамика линейных форм флювиального рельефа в бассейне Зуши

4.3.2.1. Бассейн р. Неручи

4.3.2.2. Бассейн р. Колпны и окрестные территории

4.3.3. Оценка перераспределения наносов на ключевых склоновых водосборах

4.3.3.1. Характеристика объектов

4.3.3.2. Основные результаты

4.3.4. Детальная оценка перераспределения наносов на отдельном склоновом водосборе

4.4. Роль эрозионно-аккумулятивных процессов в развитии рельефа междуречий

ГЛАВА 5. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЛЬЕФА КАК ОСНОВА

ДЛЯ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ОЦЕНОК ЭРОЗИОННО-АККУМУЛЯТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОБШИРНЫЕ ТЕРРИТОРИИ

5.1. Общие положения

5.2. Оценка возможности использования карт масштаба 1:500 ООО в исследованиях эрозионно-аккумулятивных процессов на примере бассейна р. Зуши)

5.2.1. Морфометрическое картирование бассейна р. Зуши в масштабе 1:500 ООО

5.2.2. Сопоставление морфометрических показателей с имеющимися оценками интенсивности эрозии 170 5.3. Сравнительный морфометрический анализ геоморфологических подобластей и ключевых бассейнов в их пределах

5.3.1. Орловско-Тульская геоморфологическая подобласть

5.3.2. Курско-Воронежская геоморфологическая подобласть

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эрозионное преобразование междуречий Среднерусской возвышенности за период сельскохозяйственного освоения»

Актуальность темы. В настоящее время в условиях интенсивного хозяйственного использования обширных площадей актуальной стала проблема изучения трансформации рельефа освоенных территорий. В частности, это касается сельскохозяйственных районов центра Русской равнины, где массовая распашка ведется уже несколько веков и не может не влиять на преобразование рельефа. Пахотные земли преимущественно располагаются в пределах междуречных пространств. В связи с этим актуальным становится изучение геоморфологического функционирования междуречий. Длительность периода формирования, очевидная полигенетичность междуречий и представления об инертности большинства преобразующих их процессов, привели к тому, что основная часть современных исследований проводится на качественном, зачастую только теоретическом уровне. Однако инертность развития междуречий на равнинах умеренного пояса действительно имеет место лишь в естественных условиях. При активной хозяйственной деятельности экзогенные процессы становятся антропогенно ускоренными, их темпы увеличиваются на порядки величин. Ведущую роль в преобразовании рельефа междуречий в условиях равнин гумидных зон умеренного климатического пояса при интенсивном сельскохозяйственном освоении начинает играть комплекс эрозионно-аккумулятивных процессов. Это определяет необходимость количественной оценки данных процессов, изучения их динамики и влияния на изменение рельефа междуречий.

Цель исследования - количественно оценить темпы и динамику эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях за период сельскохозяйственного освоения центра Русской равнины и определить их влияние на изменение рельефа междуречий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ имеющихся в литературе представлений о междуречьях, их геоморфологическом строении и основных процессах переформирования;

2. Анализ существующих методов исследований и выбор наиболее подходящих для работы в выбранном пространственно-временном диапазоне;

3. Выбор ключевых объектов для детального исследования динамики и темпов эрозионно-аккумулятивных процессов на междуречьях;

4. Анализ геоморфологического строения выбранных участков исследований и локальных факторов развития эрозионно-аккумулятивных процессов;

5. Исследование особенностей эрозии почв и овражной эрозии на междуречьях, оценка их темпов и динамики за период сельскохозяйственного освоения выбранных районов;

6. Оценка репрезентативности полученных результатов и возможности их экстраполяции на более крупные территории.

Объекты и состав исследований. В качестве района исследований была выбрана Среднерусская возвышенность. Будучи практически полностью освоенной, эта территория отличается высокой для равнин Европейской части России интенсивностью эрозионных процессов (Литвин, 2002). В пределах северной (Орловско-Тульской) и центральной (Курско-Воронежской) геоморфологических подобластей Среднерусской возвышенности (Геоморфологическое районирование., 1980) выбрано два ключевых бассейна: рек Зуши и Воробжи соответственно. Для оценки внутренних различий в геоморфологическом строении и определения эрозионного потенциала территорий был проведен детальный морфометрический анализ выбранных бассейнов. Динамика развития верхних звеньев " эрозионной сети оценивалась путем сравнения доступных топографических карт за разные временные срезы. Темпы и динамика эрозионно-аккумулятивных процессов исследовались на ключевых участках в пределах выбранных бассейнов с помощью набора методов (почвенно-морфологический, радиоцезиевый, замеров водороин, совмещенная эмпирико-математическая модель USLE/ГГИ). На основании морфометрического анализа ключевых участков и геоморфологических выделов, в пределах которых они находятся, оценивалась репрезентативность полученных результатов и возможность их экстраполяции на более обширные по площади территории.

Полевые исследования проводились в период с 2003 по 2008 годы в составе экспедиций НИЛ Эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева.

Научная новизна работы:

1. Показана значимость процессов овражной эрозии и эрозии почв в развитии рельефа междуречий в условиях сельскохозяйственно освоенных гумидных равнин умеренного климата.

2. Применение комплекса независимых методов позволило дать количественную оценку темпов изменения рельефа междуречий Среднерусской возвышенности, их пространственной и временной дифференциации за период сельскохозяйственного освоения в различных масштабах: на отдельных склонах, на ключевых малых водосборах первых порядков, в бассейнах малых рек.

3. Оценены величины ошибок, связанных с использованием разномасштабных данных о рельефе территории при расчетах темпов смыва по эрозионным моделям и возникающих при распространении результатов количественной оценки перераспределения наносов на ключевых участках на более обширные по площади территории. Показана возможность определения пределов корректной экстраполяции таких данных на основании разномасштабного морфометрического анализа рельефа.

4. Проведен морфометрический анализ рельефа Среднерусской возвышенности с точки зрения влияния морфологии междуречных пространств на темпы и динамику эрозионно-аккумулятивных процессов и особенностей трансформации рельефа междуречий за период сельскохозяйственного освоения.

Защищаемые положения:

1. Освоенность обрабатываемых склонов междуречий линейными эрозионными формами первых порядков определяется их геоморфологическим строением и зависит от длительности сельскохозяйственного использования территории.

2. Динамика, темпы и внутрисклоновая вариабельность эрозионно-аккумулятивных процессов на распаханных склонах междуречий различной конфигурации обусловлены собственно морфометрией склонов и особенностями сельскохозяйственной обработки конкретного склона.

3. Для эрозионно-аккумулятивных процессов характерен волновой характер, связанный как с микрорельефом, так и с самоорганизацией потоков воды и наносов на склоне.

4. Разномасштабный морфометрический анализ междуречий является основой для выбора репрезентативного ключевого объекта для оценки динамики эрозионно-аккумулятивных процессов и последующего распространения полученных результатов на обширные территории.

Практическая значимость. Систематическое изучение эрозионно-аккумулятивных процессов на распаханных междуречьях гумидных равнин позволяет выявить особенности динамики рельефа междуречий и количественно оценить темпы их изменений. На основании этих результатов возможны прогнозы функционирования междуречий и эрозионной сети в их пределах в зависимости от климатических изменений, типа и степени антропогенного воздействия, а также рекомендации по выбору оптимальных системых почво- и водоохранных мероприятий.

Результаты исследований нашли своё отражение в отчётах по проектам РФФИ № 04-05-64215-а (Морфодинамика склонов междуречий освоенных территорий центра Русской равнины), № 07-05-00193-а (Динамика осадконакопления в долинах малых рек Русской равнины в позднем голоцене) и № МК-8023.2010.5 (Прогноз динамики эрозионно-аккумулятивных процессов на малых водосборах Среднерусской возвышенности в условиях естественных и антропогенных изменений окружающей среды).

Апробация. Основные результаты диссертационной работы докладывались лично автором на следующих конференциях: Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов — 2004», «Ломоносов — 2005» (Москва); Семинарах молодых ученых по проблемам эрозионных процессов (Брянск, 2004; Волгоград, 2006; Уфа, 2010); Всероссийской конференции «Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006); XXIX Пленуме Геоморфологической комиссии РАН «Проблемы флювиальной геоморфологии» (Ижевск, 2006); Симпозиумах Международной Гидрологической Ассоциации (Крайстчерч, Новая Зеландия, 2008; Варшава, Польша, 2010); Всероссийской конференции (VI Щукинские чтения) "Геоморфологические процессы И' их прикладные аспекты", Москва (2010); Всероссийской конференции "Теория геоморфологии и ее приложение в региональных и глобальных исследованиях" (Чтения памяти H.A. Флоренсова), Иркутск (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в.реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы (252 наименования). Содержательная часть работы изложена на 192 страницах текста, иллюстрирована 99 рисунками и включает 27 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Геоморфология и эволюционная география», Кузнецова, Юлия Сергеевна

4.3.3.2. Основные результаты

Выбор площадок для определения объёмов* первоначального выпадения- был обусловлен необходимостью оценки возможного тренда выпадений 137Cs чернобыльского происхождения; связанного с возможным1 выпадением одного или нескольких дождей. Всего было выбрано- 5 площадок, расположенных в непосредственной близости от исследуемых склонов (рисунок 67). Статистические характеристики результатов оценки вариабельности начального выпадения на каждой из площадок приведены в таблице 23.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На междуречьях с пологими длинными склонами и незначительными перепадами высот основные антропогенные изменения эрозионной сети на распаханных склонах связаны, преимущественно, с удлинением уже имеющихся форм. Активного образования новых оврагов не наблюдается. Междуречья с максимальным доантропогенным расчленением и высоким энергетическим потенциалом рельефа характеризуются активным развитием, укрупнением уже имеющихся форм, а также появлением (и часто последующим заполнением) новых оврагов в связи с сельскохозяйственной деятельностью. При преобладании средних значений основных морфометрических характеристик преимущественное развитие верхних звеньев эрозионной сети в пределах междуречий связано с активным образованием (и часто последующим заполнением) новых линейных эрозионных форм и развитием уже имеющихся врезов первого-второго порядков.

2. Основные изменения рельефа равнинных междуречий, связанные с эрозионно-аккумулятивными процессами, заключаются в усилении волнистости продольного профиля склонов (в связи с внутрисклоновым чередованием зон эрозии и аккумуляции) и их планового рисунка (в связи с формированием антропогенных ложбин и заполнением более крупных линейных эрозионных форм), нередко в выполаживании нижних частей склонов (аккумуляция перед напашами, которые часто располагаются вдоль нижней границы склона). Влияние особенностей сельскохозяйственной обработки на характер эрозионно-аккумулятивных процессов территории связано преимущественно с направлением распашки, наличием антропогенного микрорельефа (напаши), расположением лесополос, грунтовых дорог и т.д. Наибольший вклад в изменение морфологии освоенных склонов междуречий вносят случаи экстремального стока и смыва.

3. Волновой характер процессов, наблюдающийся вдоль линий тока на междуречных склонах, может быть связан как с особенностями микрорельефа, так и самоорганизацией потоков воды и наносов на склоне (и проявляется даже на простых прямых склонах). Наблюдается чёткая сменяемость зон преобладания эрозии и аккумуляции по длине склона. Причём протяжённость зон аккумуляции существенно меньше, чем зон эрозии.

4. Разномасштабный морфометрический анализ склонов междуречий речного бассейна является универсальной основой для выбора репрезентативных ключевых объектов для детальных исследований эрозионно-аккумулятивных процессов и последующего распространения результатов детальных исследований на обширные территории. Кроме того, такой подход позволяет производить объективное сопоставление результатов, полученных на территориях с различной морфологией склонов междуречий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Кузнецова, Юлия Сергеевна, 2011 год

1. Алексин A.A. Физико-географическая характеристика Орловской области. В кн.: Природа Орловского края. Орел: Орловское отделение Приокского книжного изд-ва, 1983. С. 7-15.

2. Алифанова Т.П. Внутрипочвенный сток на полях Заволжья, защищенных лесными полосами//Почвоведение, 1965, №9. М.: Наука. С.63 71.

3. Ананьев Г.С. Вершинные поверхности междуречий, процессы их формирования и эволюция//Процессы формирования рельефа Сибири. Отв. ред. Логачев H.A. Новосибирск: Изд-во «Наука», Сибирское отделение, 1987. С. 7-33.

4. Ананьев Г.С. Формирование междуречий // Динамическая геоморфология. М.: Изд-во МГУ. 1992. С. 195-236.

5. Ананьев Г.С. Катастрофические процессы рельефообразования. М.: Изд-во МГУ, 1998. 102 с.

6. Ананьев Г.С. Лекции по курсу «Динамическая геоморфология» для студентов-геоморфологов 4 курса. Неопубликованные материалы. 2004 г.

7. Антонов С.И. Изменение морфологии мезорельефа междуречий центральных районов Русской равнины в плейстоцене. В кн.: Морфология рельефа. Под ред. Д.А. Тимофеева, Г.Ф. Уфимцева. М.: Научный Мир, 2004. С. 123 134.

8. Арманд Д.Л., Лидов В.П., Сетунская Л.Е., Хмелева Н.В. Физико-географическая характеристика Новосильского и Острогожского ключевых участков/Сельскохозяйственная эрозия и борьба с ней. М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 38-107.

9. Арманд Д.Л. Физико-географические основы проектирования сети полезащитных лесных полос. М.: Институт Географии АН СССР, 1961. 367 с.

10. Арманд Д.Л. Классификация эрозионных форм и процессов//Вопросы методики почвенно-эрозионного картирования. Мин-во сельского хозяйства СССР, Госуд. НИИ Земельных ресурсов. М.: 1972. С. 301 312.

11. Архангельский А.Д. Геологическое строение и геологическая история СССР. Т.1. Геологическое строение СССР и его отношение к строению остальной поверхности Земли. М.-Л.: Гос. изд-во геол. литературы Министерства геологии СССР, 1947. 412 с.

12. Атлас радиоактивного загрязнения Европейской части России, Белоруссии и Украины / Под ред. Израэля Ю.А. М.: Росгидромет, Роскартография, 1998. 142 с.

13. Ахромеев Л.М. Геоморфологический словарь-справочник. Под ред. Шевченко П.Г. Брянск, 2002. 320 с.

14. Барабанов А.Т. Агролесомелиорация в почвозащитном земледелии. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1993. 156 с.

15. Барабанов А.Т., Петелько А.И., Иванова В.А. Анализ влияния природных и антропогенных факторов эрозионно-гидрологического процесса//Фитомелиорация Нечерноземья. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1996. С. 56-71.

16. Бачурина A.A., Петриченко И. А., Давыдова O.A. Некоторые данные о значительных осадках в различных районах СССР в тёплый период // Труды Гос. гидрол. ин-та. 1972. Вып. 108. С. 20-32.

17. Беляев В.А. Изучение смыва почв по растительному покрову//Вопросы методики почвенно-эрозионного картирования. Мин-во сельского хозяйства СССР, Госуд. НИИ Земельных ресурсов. М.: 1972. С. 85 98.19