3.2. Техногенная насыщенность и экзодинамические процессы как факторы преобразования птк

Важным и наиболее стабильным фактором трансформации ПТК является их техногенная насыщенность, которая характеризуется объёмом инженерных сооружений на единицу площади. Например, мелиоративными сооружениями являются: водохранилища и пруды, отрегулированные водоприёмники, открытые каналы, закрытый дренаж, дамбы и валы, шлюзы-регуляторы, трубы-регуляторы, дороги на мелиорированных землях. И хотя функциональное назначение их разное вместе они определяют процессы мелиоративного воздействия.

Степень техногенной насыщенности природных комплексов оценивается путём расчёта коэффициентов насыщенности (К_Н), которые показывают среднюю на единицу площади густоту различных сооружений (каналов, К_НК; отрегулированных водоприёмников, К_НС; закрытого дренажа К_НЗ; дамб и дорог, К_НД; регуляторов, К_НР; прудов, К_НП; водохранилищ, К_НВ). Коэффициент рассчитывается по формуле: К=п/Г∙100, где п- наличие мелиоративных систем, выраженное в соответствующих единицах (длина, площадь, штуки); Г-площадь территории, км²; 100-условная единица. Общий коэффициент мелиоративной насыщенности (К_Н) представляет собой сумму частных коэффициентов для данной территории. Расчёт К для территории Беларуси показывает, что средняя густота каналов и закрытого дренажа изменяются в пределах 0,2-13,7 км/км²; отрегулированных рек- водоприёмников (К_НС)-19,0-113м/км²; дамб и дорог (К_НД)-83-374 м/км²; регуляторов (К_НР) –17-214 шт/км²; прудов(К_НП)-156-1127 м²/км²; водохранилищ (К_НВ)-817-6514 м²/км². Расчёт объёмов и интенсивности техногенного нарушения в результате разных видов хозяйственной деятельности показывает, что по трансформационным процессам мелиорации занимают первое место.

Анализ закономерностей размещения на территории Беларуси ПТК с разной степенью техногенной насыщенности показывает, что они не соответствуют типам и степени сложности их неустроенности, что объясняется как субъективными, так и объективными причинами. Субъективные- неодинаковые нормативные требования, предъявляемые к мелиоративным системам в разные годы мелиоративного строительства.

Объективные - сложные сочетания природных факторов, формирующих одни и те же виды мелиоративной неустроенности. Чем сложнее сочетание природных факторов, определяющих заболоченность территории, тем сложнее должна быть и инженерная система, а следовательно, выше техногенная насыщенность.

Для оценки степени техногенной нарушенности ПТК, используются шкалы в которых выделено шесть степеней состояния ПТК. 1 – слабопреобразованные (К_МН-0,1); 2 – среднепреобразованные (К_МН-0,11-0,27); 3 – значительно преобразованные (К_МН-0,28-0,40); 4 – сильно преобразованные (К_МН-0,41-0,55); 5 – очень сильно преобразованные (К_МН-0,56-0,74); 6 – разрушенные (К_МН-0,75 и больший). Шкала использована при составлении карты мелиоративной преобразованности ПТК территории Беларуси (рис. ). Степень мелиоративной преобразованности природных комплексов наряду с их устойчивостью является важным экологическим показателем.

Важной составляющей инженерной оценки территории является оценка физико-географических процессов, интенсивность протекания которых является количественным показателем устойчивости ландшафтов.

Важное значение для решения инженерно-географических задач имеет схема классификации физико-географических процессов, предложенная Н.И. Николаевым. В ней выделяются: зональные, азональные и интразональные природно-антропогенные процессы.

Зональные процессы: 1) связанные с выветриванием: элювиообразование, промерзание и оттаивание; 2) связанные с деятельностью льда: пучины, наледи, наледные бугры; 3) связанные с деятельностью дождевых и талых снеговых вод: смыв, солифлюкция; 4) связанные с деятельностью текучих вод: подмыв, оврагообразование, сели; 5) связанные с деятельностью ветра: развевание и навевание, снежные заносы; 6) связанные с деятельностью стоячих вод: заболачивание и др.

Азональные и интразональные процессы и явления: 1) связанные с гравитацией: обвалы, осыпи, лавины, оползни; 2) обусловленные деятельностью ветра: навевание, развевание; 3) связанные с деятельностью стоячих вод: подмыв (абразия), затопление, подтопление; 4) связанные с деятельностью подземных вод: суффозия, карст, заболачивание; 5) процессы, вызванные деятельностью человека; их называют антропогенными, но и в чистом виде эти процессы не проявляются.

Природно-антропогенные процессы – это природные процессы, вызванные деятельностью человека, изменённые ею, качественно и количественно отличные от чисто природных. Антропогенное влияние может иметь местное значение или занимать большие территории, приобретая региональные размеры.

Ф.В. Котловым (1959) выделены такие основные виды природно-антропогенных процессов по признакам их направленности и причинности: 1) осадки (оседание поверхности земли), вызванные статическими нагрузками домов, сооружений, отвалов от 0,1 до 20 кг/см² и более; 2) просадки, обусловленные химической денудацией в породах, фильтрационным вымыванием тонких частиц, передвижением в процессе подземных разработок, таянием мерзлых пород, разложением органического вещества; 3) провалья (карстовые, суффозионные, подземно-экскавационные), обусловленные карстообразованием, обвалами подземных выработок, выработками плывунов; 4) вспучивание пород вследствие нагрузок сооружений, выпирания пород фильтрационными потоками, набуханием пород при увлажнении; 5) морозное вспучивание под действием сил льдообразования, при замерзании пород; 6) оползни на крутых откосах, при подрезывании склонов, увлажнении, выпуске вод в выемки; 7) оплывины, связанные с потерей сил трения и сцепления вследствие насыщения водами на склонах (техническими, снеговыми, дождевыми); 8) солифлюкция – течение разреженных отложений по слою мёрзлых пород, насыщенных водой песчано-глинистых отложений под воздействием силы тяжести; 9) осыпи – смещение обломков под воздействием силы тяжести, выветривания пород, обнажённых искусственными выемками; 10) вторичное засоление земель при орошении путём инфильтрации солей из минерализованных сточных вод, удобрений; 11) заболачивание под влиянием искуственного повышения уровня грунтовых вод, выхода их на поверхность; 12) заиление водохранилищ – снос материалов с суши, седиментация вследствие уменьшения скорости течения; 13) переформирование берегов водохранилищ, размыв и переотложение пород (наносов) вдоль-береговыми течениями; 14) антропогенная эрозия вследствие распашки, подрезания склонов, размыва берегов в каналах, плохой планировки и регулирование поверхностного стока в городах, ирригационная эрозия; 15) дефляция, вызванная распашкой земель, исчезновением растительности; 16) наледи, образующиеся вследствие искусственного повышения уровня грунтовых вод, выхода их на поверхность; 17) гидролакколиты (ледовые холмы), возникающие вследствие искусственного притока влаги в породы; 18) деградация мерзлоты в результате отепляющего действия городской застройки, спуска тёплых промышленных и сточных вод, подогрева и др.

Весь комплекс мелиоративных мероприятий и приёмов, нарушающих естественное состояние ПТК можнт быть отнесён к группе антропогенных процессов-мероприятий (по С.П. Горшкову), которые по своей структуре могут быть конструктивными или деструктивными. Иногда их можно различить только но аспектному признаку (создание водоприёмника – спрямление (разрушение) русла реки. Другая группа процессов, отражающих реакцию природных комплексов на процессы-мероприятия, согласно этой же классификации, относится к антропогенным процессам-следствиям.

Процессы, протекающие в природных комплексах в результате строительства инженерных систем, касаются в основном поверхности и приповерхностной части Земли и могут быть отнесены к экзодинамическим природно-мелиоративным. Они в целом относятся к группе общегеографических и формируют геотехнические системы. По своей специфике они могут быть разделены на процессы техногенного воздействия (геотехнологические), процессы техногенного преобразования (геотрансформационные), процессы техногенных последствий (геоэкологической проспекции). Индивидуальность каждого процесса определяется сочетанием факторов как природного, так и антропогенного характера и имеет строгую территориальную приуроченность. Направленность их определяется видами и степенью выраженности хозяйственной неблагоприятности территории. Тесная связь, обнаруженная между естественными экзодинамическими процессами и природно-мелиоративными, вызвана тем, что в экзодинамике земной коры ведущая роль принадлежит воде (С. П. Горшков, 1984), которая в свою очередь, является объектом прямого воздействия гидромелиоративных систем. Установлено, что наибольшую интенсивность имеют следующие процессы: минерализация органического вещества (торфа), дефляция почв, водная эрозия, уплотнение почв, загрязнение природных вод, суффозия, оседание поверхности торфяника, прямое перемещение почвогрунтов и др (рис. ).

Анализ причин отрицательного воздействия гидромелиоративных систем на ПТК через названные процессы показал, что непосредственными являются: переосушение, неправильная обработка почвы и севооборотов, отказ инженерной сети, упрощение инженерных сооружений и др.

Общий же вывод сводится к тому, что направленность и интенсивность протекания экзодинамических процессов на мелиорированных и прилегающих территориях в основном определяется такими показателями, как техногенное насыщение, изъятие и эквивалентный возврат вещества в систему, возраст и сохранение нормативных параметров и др., которые, как мы видели, являются важнейшими критериями устойчивости систем.

Одним из процессов, протекающих на осушительных геотехнических системах, является опускание поверхности (осадка) болотных массивов (рис. ). Этот процесс имеет устойчивые временные закономерности скорости протекания и идёт по трём основным направлениям: уплотнение торфяной залежи; минерализация торфа; ветровая эрозия. Каждое направление, как и весь процесс в целом, имеют также территориальные закономерности распространения, так как определяющим их факторам присуща физико-географическая размерность. Уплотнение торфа определяется ботаническим составом, степенью разложения и мощностью торфа. Например, сильно разложившийся торф после осушения уменьшает свой объём на 50-55%, а слаборазложившийся-на 20-25%; на мощных торфяно-болотных почвах осадка на 10-15% больше, чем на торфяно-глеевых при одном и том же уровне грунтовых вод. Имеется корреляционная зависимость между осадкой торфа и его зольностью и объёмной массой. Коэффициенты корреляции между этими показателями на торфах одного ботанического состава для юга Беларуси равны в среднем 0,92; 0,89; для центра – 0,96 и 0,93; для севера – 0,84 и 0,81.

Минерализация торфа также вызывает уменьшение мощности торфяной залежи и понижение её поверхности. Однако в отличии от осадки здесь происходит прямая убыль торфа. Это процесс разложения органического вещества торфа в силу его невысокой биохимической устойчивости. Скорость его протекания определяется физико-географическими условиями, среди которых на первом месте стоят климатические факторы, степенью осушения и характером использования, а также ботаническим составом и влажностью торфа. Наибольшей интенсивностью минерализации отличаются осоковые и моховые торфа, наименьшей – древесные и тростниковые, скорость минерализации которых в 1,5-2,0 раза ниже первых.

Климатические условия оказывают комплексное влияние на понижение поверхности мелиорированных торфяников. Они проявляются через температурный режим и увлажнение территории, а влияют на минерализацию торфа и интенсивность ветровой эрозии. Согласно Р. Эггельсманну (1976) наибольшее понижение поверхности торфяных почв (до 40мм/год) происходит в условиях со среднегодовой температурой выше 10^о и годовой суммой осадков ниже 500 мм.

Ветровая эрозия осушенных торфяников на территории Беларуси имеет тенденцию как к увеличению интенсивности протекания, так и к территориальному расширению. Анализ развития данного явления за последние 25 лет показывает, что оно перешло из разряда локальных в региональные. До 1965 г.(начало широкого развития мелиоративных работ) ветровая эрозия охватывала менее 0,5% угодий Белорусского Полесья и отмечалась преимущественно на песчаных буграх, то в 1985 г. это является более чем на 30% сельскохозяйственных земель Полесья и Предполесья с преобладанием на осушенных торфяно-болотных почвах. Основные условия развития ветровой эрозии – переосушка верхнего слоя торфа (относительная влажность менее 30%), эрозионно-опасные ветры (на торфяниках скорость более 8 м/с, на песках – более 3 м/с), открытая поверхность торфа, отсутствие лесополос. На отдельных массивах доля участия ветровой эрозии в уменьшении мощности торфяной залежи доходит до 30%.

В результате протекания процессов уплотнения, минерализации и дефляции происходит не только опускание поверхности торфяной залежи, но и активизируются процессы современного рельефообразования на мелиорированных и прилегающих землях.

Следует различать собственно мелиоративное (разновидность техногенного, по А.А. Григорьеву и Е.В. Шанцеру) и природно-мелиоративное (разновидность техноплагенного, по Б.П. Высоцкому) рельефообразование. Первое характеризуется непосредственным участием гидромелиоративных систем в создании современного рельефа. Это прежде всего следующие формы: дамбы, каналы, плотины, шлюзы, водохранилища, дорожные насыпи, смотровые колодцы, переходы, переезды и др.

В собственно мелиоративном рельефообразовании преобладающую роль играют механические воздействия, вызывающие образование контрастных форм рельефа, которые легко фиксируются на детальных картах. Это облегчает их картографирование и изучение.

Техноплагенное рельефообразование происходит при совместном участии природных и мелиоративных факторов, причём, последние часто играют роль стимуляторов естественных процессов и явлений. Cюда относятся спрямление и углубление (расчистка) русел рек; ликвидация пойм как геоморфологического элемента, усадка и сработка торфа; изменение контурности угодий и пестроты почв; развевание песков на болотных островах, разрушение берегов озёр, водохранилищ, рек; подтопление прилегающих к водохранилищам земель, активизация плоскостной и линейной эрозии на прилегающих к мелиоративным объектам территориях; увеличение полного стока; изменение густоты речной сети и др.

Природно-мелиоративное рельефообразование связано с протеканием процессов, вызывающих перемещение минеральных и органических веществ и отдельных элементов. Это перемещение может происходить посредством поверхностного, подземного или дренажного стока, дефляции, биогенной миграции и т.д. Следовательно, в данном случае мы имеем дело с процессами, постоянно протекающими на земной поверхности, но интенсивность которых усилена мелиоративным воздействием.

Изучение микроформ рельефа на мелиорированных торфяниках показало, что наибольшее распространение на территории Полесья имеют мелиоративно-денудационные формы. Особенно типичны они для объектов свыше 1000 га, имеющие песчаные острова, где переходная полоса от песчаных почв к торфяным может составлять несколько десятков, а в отдельных случаях (с-з «10 лет БССР» Любанского района) и сотни метров. Это своего рода зоны наступания или отступания песка и торфа. Далее идут мелиоративно-усадочные формы, которые на первых этапах мелиоративной трансформации ПТК проявляются в виде ложбин, блюдец и других неровностей поверхности торфяной почвы, а затем в виде обнажённых, выходящих на поверхность участков подстилающей торф породы. Мелиоративно-насыпные формы рельефа создаются при строительстве и реконструкции мелиоративных систем.

На объектах центральной и северной частей республики преобладают мелиоративно-усадочные формы, за ними идут мелиоративно-насыпные и мелиоративно-денудационные формы.

Все экзодинамические процессы находятся в состоянии взаимозависимости, развитие одних может стимулировать другие и вызывать появление третьих. В связи с этим и их изучение представляет собой сложную трудоёмкую систему мероприятий, включающую подготовительные, полевые и камеральные работы. Объективные результаты могут быть получены только в результате сплошного картографирования всей изучаемой территории (района, области, республики). Методы, основанные на аналогиях, экстрополяции и других подходах, мало применимы для изучения экзодинамических процессов. Наибольшую ценность приобретают дистанционные методы (аэрокосмические, фототеодолитная съёмка и др.), которые наряду с полевыми стационарными позволяют исследовать явления в динамике.

Недостаточная изученность территории республики в настоящее время не позволяет составить детальную карту экзодинамических процессов. Однако уже на мелкомасштабных картах можно определить общие тенденции развития процессов в разных ландшафтах. В основу составления карты положена научная гипотеза о близости характера и степени интенсивности протекания экзодинамических процессов в мелиорированных ПТК, относящихся к одному роду ландшафтов, которая получила подтверждение в ландшафтно-мелиоративных исследованиях опорных объектов. Результаты, полученные при изучении видов ландшафтов переносятся на род ландшафта. Для определения степени выраженности процессов использована шкала интенсивности экзодинамических процессов, с учётом коэффициентов интенсивности протекания процессов. На карте интенсивности экзодинамических процессов ПТК объединены в 6 групп по сумме коэффициентов степени интенсивности протекания процессов: минерализация торфа (К_М), оврагообразование (К_О), плоскостной смыв (К_П), дефляция торфа (К_Д), подтопление (К_ПД), суффозия (К_С), оседание поверхности (К_ОП), прямое перемещение почвогрунтов (К_ПП). Количественно каждый из коэффициентов выражен в расчётных баллах. Мы видим, что при современном уровне развития мелиораций на территории Беларуси наибольшие коэффициенты интенсивности экзодинамических процессов (К>23) характерны для большинства ПТК моренно-зандрового, вторичного водно-ледникового и озёрно-ледникового ландшафтов, наименьшие (К<4) – для ПТК холмисто-моренно-эрозионного и частично для слабомелиорированных ПТК аллювиально-террасированных ландшафтов. Такая ситуация объясняется не только устойчивостью ландшафтов, но и степенью их техногенной насыщенности, то есть как природными так и антропогенными факторами.

Контрольные вопросы:

1.Что такое техногенная насыщенность ПТК и как она определяется?

2.Классификация физико-географических процессов (по Н.И. Иванову)?

3.Процессы-мероприятия и процессы-следствия в гидромелиоративно преобразованных ПТК?

4.Экзодинамические процессы и факторы их определяющие на мелиорированных территориях?

5.Общие закономерности протекания экзодинамических процессов на территории Беларуси?