Глава III. Факторы и географические закономерности трансформации птк под влиянием инженерных систем.

1.Анализ схем трансформации птк и формирование зон влияния инженерных систем.

Интенсивность изменений ПТК под влиянием инженерных систем зависит от силы и продолжительности их воздействия, а также от устойчивости природных комплексов. Это связано с тем, что формирующаяся геотехническая система –территориальная единица, состоящая из взаимодействующих природных и инженерно-технических компонентов. В ней внутренние связи компонентов перестроены таким образом, что система находится в новом устойчивом равновесии. Внутренняя однородность определяется меньшими градиентами изменения основных параметров по сравнению с периферийной полосой, являющейся границей с соседними системами.

Реакция природных комплексов на воздействие проявляется в виде отклонения от исходного режима и относительной стабилизации характеристик на новом уровне. Стадию резкого отклонения от исходного режима можно отнести к трансформационной, стадию относительной стабилизации характеристик нового состояния природного комплекса-к релаксационной.

Исследования показали, что в зависимости от компонентов, положенных в основу оценки влияния инженерных систем на ПТК, выделяются зоны почвенной, гидрологической, геоботанической, микроклиматической и других трансформаций, а также подзоны прямого и косвенного влияний. Выявлено, что по своей сущности трансформация ПТК после осушения представляет собой физико-географический процесс и проявляется в изменениях внутрисистемных и межсистемных связей. Независимо от конкретных природных условий (Полесье, Центр или Север Беларуси) влияние гидромелиоративных систем на природные комплексы имеет следующую схему: изменение режима почвенно-грунтовых вод- изменение водно-воздушного режима почв- изменение микроклимата- изменение почвообразовательных процессов -изменение состава растительного и животного мира- перестройка пространственной структуры ПТК (рис. ).

Тенденции изменений параметров отдельных природных компонентов или их групп можно показать в виде динамической модели, построенной по результатам многолетних наблюдений и с привлечением литературных данных (рис. ). Видно, что процессы неоднозначны и они могут проявляться как в увеличении (+) отдельных параметров, так и в их уменьшении (-).

В зависимости от интенсивности и характера влияния выделяются зоны прямого и косвенного влияния. Зоны влияния инженерных систем на отдельные компоненты ПТК, как правило не совпадают и возникают затруднения в определении общих территориальных границ геотехнической системы. Исследования и анализ имеющихся данных на территории Беларуси показали, что границы имеют провинциальные особенности выраженности, так как определяются в основном факторами, имеющими провинциальную размерность.

Задача определения границ геотехнических систем решается в два этапа.На первом отрабатываются методические приёмы выявления границеформирующих факторов. Эта работа может вестись на объектах, отличающихся ландшафтными условиями, видами природопользования и инженерными системами. Изучаются геоморфологические (крутизна и длина склонов, относительные превышения), почвенные (объёмная масса, плотность, мощность горизонтов А₁и Т, глубина оглеения) и гидрологические (глубина залегания грунтовых вод, влажность почвы на глубине 0,2; 0,5; 0,8 м) характеристики. Несмотря на то, что каждый из названных параметров имеет свои границы, они различаются местоположением, резкостью, конфигурацией, взаимосочетанием и т.д. На плоских болотных понижениях граница определяется в первую очередь гидрологическими факторами, а также их сочетанием с почвенными, реже геоморфологическими параметрами. В условиях пересечённого рельефа границеопределяющими являются чаще всего геоморфологические факторы, или их сочетание с почвенными и гидрологическими параметрами в конкретных ландшафтных условиях. Границы систем, формирующихся при проведении земельных мелиораций (культуртехнических, противоэрозионных и др.) в основном определяются сочетанием геоморфологических и почвенных факторов, а соответственно и их элементарных границ. Резкость как внутренних, так и общих границ геотехнических систем зависит от частоты совпадения частных (элементарных границ, а также при их совпадении с естественной границей геосистемы. В зависимости от местных условий встречаются следующие сочетания элементарных границ (по мере ослабления выраженности): геоморфолого-почвенно-гидрологические, гидролого-почвенно-геоморфологические, геоморфолого-гидролого-почвенные. На объектах с естественной растительностью дополняется растительный (фитогенный) признак, который также в сочетании с другими участвует в границеобразовании.

Анализ особенностей проявления и сочетаний границеформирующих признаков в разных ландшафтных условиях Белоруссии, показал,что они имеют территориальную закономерность распространения, определяемую в первую очередь морфологическими особенностями природных комплексов. Для территории Полесья такой особенностью является отсутствие чётко выраженных водоразделов и значительных перепадов высот, генетическое однообразие ландшафтов на уровне видов и более мелких таксонов. Это обусловлено особенностями формирования рельефа и покровных отложений.

В условиях пересечённого рельефа холмисто-моренно-озёрного, озёрно-ледникового и эрозионного ландшафтов Центра и Севера Беларуси преобладают геотехнические системы замкнутых, проточных и сточных котловин с хорошо выраженными топографическими рубежами. Они имеют небольшую водосборную площадь, крутизна склонов преимущественно 3-5^о, иногда до 12-15^о, ширина от нескольких сотен метров до 2-3км, заторфованность, как правило, более 50%, а мощность торфа более 1м. Границы здесь определяются в первую очередь геоморфологическими параметрами. Выраженность их значительно выше, чем в Полесской провинции. Если литологическая основа сложена тяжёлосуглинистыми и глинистыми почвогрунтами, то они являются определяющими в характере и выраженности как индивидуальных границ, так и общей зоны влияния.

Связь между шириной зоны влияния инженерных систем и механическим составом почвогрунтов определяется как тесно коррелируемая, имеющая прямую зависимость от содержания физической глины в почве и соответственно от её физических свойств. Однако если сравнивать объекты, расположенные в разных ландшафтных условиях, то оказывается, что эта зависимость неоднозначна и имеет некоторое смещение в ту или иную сторону. Это вызвано тем, что наряду с механическим составом почвогрунтов значительное влияние на ширину зоны влияния оказывают другие факторы.

Объектами осушительных мелиораций чаще всего являются простые или сложные урочища, состоящие из нескольких (от 2-3 до 10-15) фаций, соответственно и геотехническая система представляет собой разные сочетания морфологических единиц природного и техногенного (мелиоративного) происхождения. В зависимости от преобладания тех или иных морфологических единиц на данной территории и их месте в общей структуре и функционировании ПТК зависит степень техногенного преобразования ландшафтов и необходимость дальнейшего ограничения или возможность расширения мелиоративных работ.

Для оценки мелиорированности территории в настоящее время используют отношение площади мелиорированных земель к общей площади. Этот показатель не отражает истинной картины, так как происходит значительное занижение результатов расчёта и создаётся иллюзия незначительной доли мелиорированных земель в общей площади территории, а соответственно ведёт к недооценке мелиоративного влияния на природные комплексы. Истинные площади видоизменённых ПТК значительно превышают площади земель, относящихся к разряду мелиорированных (рис. ).

Инженерно-географические исследования мелиоративного состояния ландшафтов территории Беларуси показало, что определяющее значение имеют такие параметры объектов осушительной мелиорации, как морфология болотных впадин, характер их склонов, водное питание и др., которые в конечном итоге и определяют структуру геотехнических систем.

В результате обобщения данных о географических особенностях объектов мелиорации на территории Беларуси выделено 20 видов геотехнических систем, которые по биоклиматическим показателям объединены в три типа режимов функционирования: автоморфные, мезоморфные и гидроморфные. Системы автоморфного типа приурочены к полесскому региону, их функционирование лимитируется дефицитом водных ресурсов (К увлажнения (по Иванову) за вегетацию меньше 1,0), а эксплуатация связана с аккумуляцией влаги и применением орошения, а также ограничения интенсивности сельскохозяйственного использования территории. Мезоморфные формируются в средней полосе республики (К-1,0-1,1), эксплуатация их должна сопровождаться строгим контролем водного баланса. Гидроморфные - в условиях Поозерья (К- больше 1,1), функционирование не лимитируется дефицитом влаги в средние по влажности годы.

Характер и интенсивность изменений ПТК под влиянием осушения может иметь интенсивное или слабое изменение. Для мелиоративных объектов холмисто-моренно-озёрного и лессового ландшафтов интенсивное преобразование ПТК происходит на фациальном уровне, слабое изменение- на уровне простых урочищ. Это вызвано преимущественно небольшой площадью мелиоративных объектов, значительной крутизной склонов, сложенных моренным, реже лессовидным суглинком, подстилаемым моренным суглинком. Объекты других родов ландшафта имеют большие площади, меньшую топографическую выраженность, более разнообразную ландшафтную структуру. Интенсивное изменение в них чаще происходит в ПТК ранга простых урочищ, местностей, реже ландшафта. В зависимости от геоморфологических особенностей мелиоративного объекта находится и зона влияния мелиоративных систем на ПТК, или площадь МГС. На основании определённых границ зон влияния мелиоративных систем и проектных площадей мелиоративных объектов рассчитаны коэффициенты пространственного влияния инженерных систем на ПТК. Они изменяются от 1,1до 3,8. Наименьшие коэффициенты характерны для объектов холмисто-моренно-эрозионного и холмисто-моренно-озёрного ландшафтов, наибольшие- для вторичного водно-ледникового, вторичного моренного и озёрно-ледникового ландшафтов.

Мелиоративная преобразованность территории определяется не только площадью геотехнических систем, но и степенью изменений ПТК в их пределах, а также частоты смены ПТК. При этом под сменой понимается переход природного комплекса в антропогенный (геотехнический), под изменением- нарушенность компонентов ПТК. Смена ПТК наступает тогда, когда под воздействием нарушения компонентов или морфологических единиц необратимо преобразуются другие компоненты или доминантные морфологические единицы ПТК. Смена ПТК может происходить как в результате спонтанного развития комплекса, так и при резком изменении внешних условий, а также антропогенном изменении внутренней структуры ПТК.

На объектах осушительной мелиорации происходят процессы как смены ПТК, так и изменение их отдельных параметров. При этом смена чаще присуща ПТК ранга фации, изменение- ПТК более высокого ранга. Как видели выше, перестройка природных комплексов под влиянием инженерных систем имеет сходную схему в разных природных условиях, так как первичный фактор, дающий толчок к перестройке ПТК- снижение уровня грунтовых вод. Однако изменение всех компонентов, ведущие к смене ПТК, происходят в основном в зоне прямого влияния инженерных систем, а изменение отдельных параметров ПТК- в зоне их косвенного влияния.

На объектах осушительной мелиорации зона прямого влияния определена границей достоверных закономерных изменений уровня грунтовых вод (гидрологическая граница). Ширина этой зоны колеблется от 60% общей площади геотехнической системы в низменных ландшафтах, до 90%- в возвышенных ландшафтах с тяжёлыми почвогрунтами Белоруссии. Зона прямого влияния как правило несколько больше проектной площади мелиоративного объекта. Это вызвано тем, что согласно руководству по проектированию границы мелиоративных объектов при изыскании устанивливаются в основном по почвенным рубежам, которые не имеют повсеместно устойчивой связи с гидрологическими. Зона косвенного влияния определяется изменением почвенных, геоботанических, микроклиматических параметров ПТК. Периферийная часть этой зоны характеризуется слабым проявлением влияния на ПТК и представляет собой внешний рубеж геотехнической системы. Внутри зон влияния отчётливо выделяются подзоны, критерием выделения которых является интенсивность влияния на параметры ПТК. В зоне прямого влияния для подзоны сильного влияния характерны относительно большие отклонения от исходных величин и наибольшие амплитуды колебания количественных показателей (уровень грунтовых вод, среднесуточные температуры, глубина залегания глеевого горизонта почв, интенсивность минерализации торфа и т. д.), в подзоне умеренного влияния эти характеристики более выравнены и стабильны во времени. В пределах зон и подзон выделяются пояса влияния, которые К.Н. Дьяконов (1977) определяет как территории, отличающиеся полезностью воздействия.

В пределах геотехнических систем происходит не только изменение процессов и свойств компонентов, но и морфологической структуры ПТК. Под последним понимается в первую очередь взаиморасположение, площадь, площадное соотношение, набор морфологических ландшафтных единиц. На объектах осушительных и культуртехнических мелиораций наибольшее изменение претерпевают ПТК фациального уровня.

Геотехнические системы территории Беларуси по своим генетическим, функциональным и структурным особенностям делится на виды, среди которых преобладают гидротехнические (осушительные), земельные (культуртехнические) и агрохимические. На равнинных территориях они образуют единые территориальные сопряжённые системы путём двусторонних горизонтальных связей. В таких условиях формируются системы коннекционного типа. Они наиболее устойчивые к антропогенным нагрузкам и характеризуются относительно небольшим горизонтальным переносом вещества и наименьшим количеством негативных явлений (экзодинамических процессов, снижение продуктивности почв и т.д.) на территории Беларуси.

В условиях пересечённого рельефа формируются системы каскадного типа, отличающиеся однонаправленным потоком вещества. При этом нижние системы испытывают суммарное воздействие как замыкающие в общей цепи. Это отражается прежде всего на морфологических особенностях, составе и поверхностном состоянии почв.

Геотехнические системы являются типологическими комплексами и их виды имеют региональные особенности в различных частях Беларуси. С учётом этих особенностей возможно их объединение (интеграция) в региональные комплексы. Группировка по однородности параметрических характеристик показала, что системы формирующиеся на базе таких объектов мелиорации как доминантные урочища образуют группы территориально соответствующие роду ландшафта, что нашло отражение в их названии. Системы, образовавшиеся в результате мелиорации субдоминантных урочищ, имеют менее выраженную закономерность территориального распределения.

Следовательно, между структурно-функциональными особенностями МГС и факторами их формирования имеется тесная связь, которая проявляется в территориальных закономерностях их размещения. На равнинах Полесья отмечается большое однообразие количественных и качественных характеристик мелиорированных природных комплексов, хотя зона влияния мелиоративных систем здесь максимальная. В условиях же сложной почвенно-геоморфологической обстановки Поозерья при минимальной величине зоны влияния инженерных систем наблюдается максимальная амплитуда изменений параметров мелиорированных ПТК, а степень изменения отдельных компонентов достигает критического (деградационного) уровня.

Контрольные вопросы:

1.Какие зоны трансформаций формируются под влиянием инженерных систем на ПТК?

2.Какие особенности проявления и сочетания границеформирующих факторов и границ ИГС в разных ландшафтных условиях Беларуси?

3.Какие виды и типы инженерно-географических систем формируются на территории Беларуси под влиянием осушительных мелиораций?