Защита почв от эрозиии

содержание полуторных окислов, относительный гранулометрический показатель структурности почв (по данным механического состава), содержание диспергирующих солей и свободных карбонатов. При этом формула расчета будет иметь вид (Ива-

нов, 1985)

Iэ = Q mg 0,5 L sinα PК.

Использование методики для прогнозных расчетов возможно двумя путями. Один из них основан на прогнозном определении поверхностного стока талых вод, исходя из запасов воды в снеге перед началом снеготаяния, влажности и глубины промерзания почв. Другой – на определении склонового стока заданных уровней вероятности по картам нормы стока, коэффициента его вариации и кривых трехпараметрической гаммы распределения. Однако и в том и другом случае это возможно только при установлении связей между показателями эродируемости почв с величинами поверхностного стока различных уровней вероятности.

В прогнозировании склоновой водной эрозии почв не исключены и другие методические решения. Из множества их наиболее перспективные будут определяться правильно избранной методологией учета совокупности природных и антропогенных факторов эрозии в их тесной и закономерной связи между собой, а также уровнем достоверности составляющих элементов (параметров). Необходимо дальнейшее совершенствование методологической основы прогнозирования водной эрозии и переход на расчетную основу в проектировании противоэрозионных мероприятий.

Формулы расчета смыва почв

Для более полной информации приведем различные формулы расчета смыва почв со склонов применительно к условиям стока талых вод и выпадения дождей (таблицы27,28). Следует заметить, что большинство из них не обеспечено соответствующими обоснованными значениями параметров, дающих саму возможность производить необходимые практические расчеты.

179

Таблица 27. Формулы расчета смыва почв талыми водами

180

Таблица 28. Формулы расчета смыва почв в условиях выпадения обильных дождей

181

182

Однако их систематизация представляет определенный научный и практический интерес, поскольку дает возможность сравнительного анализа и определения наиболее перспективных подходов в объективной количественной оценке интенсивности процессов эрозии

Изучение интенсивности роста оврагов.

Изучение интенсивности роста овражной сети обычно проводится с помощью установки постоянных реперов и сопоставления материалов повторной аэросъемки территории. Так, на основании данных аэрофотосъемок, проведенных на территории колхоза «Красное» Новохоперского района Воронежской области, было установлено, что средний прирост протяженности склоновых оврагов за 8 лет составил 33 м, или 4 м в год.

Для изучения динамики линейной эрозии пользуются и методом наземной стереоскопической съемки, путем сравне-

ния результатов повторных съемок, выполняемых с постоянных пунктов. Этот метод с большим успехом использовался при изучении динамики роста оврагов в Московской области.

На основании повторных замеров, проводимых через определенный отрезок времени (5-10-20 лет) различными методами (путем изучения морфометрии большого количества «ключевых» объектов – промоин и оврагов обычными замерами или методами наземной стереоскопической съемки в сочетании с материалами повторной аэрофотосъемки), могут быть составлены карты и картограммы интенсивности линейной эрозии на той или иной территории. Например, картограммы интенсивности линейной эрозии по увеличению протяженности промоин и оврагов (км/км2), по увеличению их плотности (шт./га), по увеличению занимаемой ими площади (м2/га), по увеличению объема вынесенной почвы и подпочвы (м3/га) и по другим морфометрическим показателям.

Оценка интенсивности эрозии по заилению прудов.

Очень часто об интенсивности эрозии судят по данным замеров заиления прудов. М. Я. Прыткова (1976) считает, что материалы по заилению прудов могут быть использованы для оцен-

183

ки средней многолетней величины смыва почвы на малых водосборах при условии, если будут учтены основные источники питания прудов наносами. Величину смыва почвы характеризует естественный сток наносов водотока (Ре), который рекомендуется определять из уравнения седиментационного баланса прудов:

Ре = Рсо + Ро + Рзап + Рхоз + Робр + Рэол + Рвжв где Ре – естественный сток наносов водотока в створе

плотины пруда; Рсо – продукты сброса наносов из пруда; Ро – продукты отложения наносов в пруду; Рзап – сток наносов с площади, занятой прудом; Рхоз – изъятие наносов из пруда вместе с водой на хозяйственные нужды; Робр – продукты обрушения берегов; Рэол – продукты эоловой аккумуляции в пруду; Рвжв – продукты внутренней жизни водоема.

Все элементы уравнения приведены в единицах массы. Автором были выполнены расчеты седиментационного ба-

ланса прудов, расположенных каскадом на балке Каракубанской Краснодарского края. Расчеты показали, что основную долю в приходной части баланса наносов составили продукты разрушения берегов. Годовой модуль заиления прудов оказался в 3—5 раз больше годового стока наносов водотока. На основании этих исследований М. Я. Прыткова пришла к выводу, что приводимые в литературе данные о стоке наносов с малых водотоков, полученные по материалам заиления прудов, завышены. Однако в другой работе (Прыткова, 1981) она делает иной вывод, считая, что продукты эрозии с водосборной площади – основной источник заиления прудов и в 2–5 раз превышают поступление наносов от размыва берегов и ложа водоемов. По-видимому, невозможно дать однозначный ответ на вопрос, какая доля от всех наносов, откладывающихся в водоемах, падает на долю эрозии почв на водосборном бассейне. В зависимости от сочетания очень многих условий роль абразии в поступлении наносов может быть и весьма большой, и очень незначительной. Нельзя также не учитывать аккумуляцию в водоемах продуктов дефляции и других процессов денудации.

Оценка интенсивности эрозии по модулю стока наносов. Для характеристики современного проявления эрозии часто используют данные месячного, сезонного и годового твердого стока

184

вречной сети. В этих целях используют модуль эрозии (модуль

стока взвешенных наносов), который выражается в тоннах твердого стока, отнесенного к 1 км2 водосборной площади. Например,

на карте Центральночерноземной полосы выделены три зоны изменения модуля эрозии: 1) до 10 т/км2; 2) от 10 до 25 т/км2: 3) от 25 до 100 т/км2 (Ковалев, 1962). Хотя данные модуля эрозии в определенной мере позволяют судить об интенсивности современного проявления эрозии на водосборном бассейне реки, однако они далеко неполно отражают действительное проявление эрозии, так как часть смытой почвы не достигает реки (она в виде наносов откладывается у подножий склонов, по дну балок, в прудах, в оросительной и дренажной сети и т. д.), а часть продуктов эрозии, поступающая в речную сеть, быстро осаждается в виде русловых наносов.

Врайонах, где в результате интенсивной овражной эрозии

вречную сеть поступает из устьевой части оврагов щебень и крупный песок, быстро переходящие в донные наносы, показатели модуля эрозии могут быть в десятки раз меньше действительной величины проявления эрозии на водосборе. Если твердый сток определяется в устье реки, то следует учитывать и ту почву, которая в виде наносов задержалась в водохранилищах, расположенных выше по реке, а также в оросительной сети, если проводился забор воды для орошения. Часть продуктов эрозии также могла в виде наносов отложиться на пойменных землях в период половодий. Кроме того, смытая почва при переносе водой постепенно теряет содержащиеся в ней легкорастворимые вещества.

Вразных условиях в зависимости от минералогического состава эродируемой почвы и подстилающих пород, интенсивности эрозии, общей протяженности водного потока отношение величины твердого стока к величине растворимых в воде про-

дуктов эрозии может быть 1:2, 1:5, 1 : 10, 1 : 100 и даже 1 : 1000. При эрозии почв, развитых на известняках, меле, доломитах и других легкорастворяемых породах, отношение растворимой части к твердому стоку взвешенных наносов может быть 5:1, 10 : 1 и более. Например, в Западном Подолье исследования И. П. Ковальчука (1981) показали, что в разных звеньях гидрографической сети в зависимости от множества факто-

185

ров отношение твердого стока к химическому колебалось от

1 : 2 – 1 : 800 до 5 : 1 – 24 : 1.

Следовательно, данные модуля эрозии далеко не тождественны интенсивности смыва и размыва почвы.

Исследованиями И. П. Ковальчука (1981) в Западном Подолье установлено, что примерно 20-27% продуктов смыва переотлагается в пределах склона, 13-34 – в притальвежной части первичного водосбора и лишь 34-64% попадает в русла временных потоков.

Исследования И. В. Старостиной (1972), проведенные на реках бассейна р. Оки, позволили установить, что около 60% смываемой почвы откладывается в нижних частях склонов, 20

– в логах, балках, ручьях, 10% – в малых реках и только незначительная часть доходит до средних и больших рек. Как отмечает Р. С. Чалов (1979), в русла рек поступает от 3 до 20% смытой со склонов почвы.

Вместе с тем следует иметь в виду, что в формировании твердого стока в речной сети участвует не только эрозия почв, но и другие почворазрушающие процессы, проявляющиеся на водосборном бассейне – осыпи, обвалы, боковая речная эрозия, сели, дефляция и т. д. Поэтому следует очень осторожно использовать данные твердого стока для оценки интенсивности современного проявления эрозии на водосборном бассейне речной сети. Суммарный среднегодовой сток наносов и растворенных веществ всей речной сети на территории бывшего СССР

составляет 846,3 млн. т. На основании этой цифры Г. В. Лопатин (1952) вычислил модуль водной эрозии для всей территории (40,3 т/км2). Трудно сказать, во сколько раз следует увеличить эту цифру для того, чтобы ответить на вопрос, сколько почвы (в тоннах) ежегодно смывается и размывается на территории бывшего СССР и какой в действительности модуль эрозии – вся смываемая почва с 1 км2 водосборной площади.

При пользовании данными среднего модуля эрозии следует также иметь в виду, что эрозия почв проявляется неравномерно на всей площади и водосборных бассейнов рек. Наиболее интенсивно она развивается на обрабатываемых склоновых землях. Пахотные земли на территории нашей страны занимают 10%. Если принять, что 4/5 пашни находится на склонах разной

186

крутизны, то наиболее активно эрозия почв проявляется только на 8% площади страны. Поэтому данные о модуле эрозии, вычисленном в среднем по всем водосборным бассейнам речных систем страны, весьма условно характеризуют действительную картину интенсивности проявления эрозии со среднего квадратного километра, так как на одних водосборных бассейнах площади обрабатываемых земель занимают 60–80%, а в других – только 1–2%. На одних водосборных бассейнах природные условия и хозяйственное использование земель обусловливают весьма интенсивное проявление эрозии, а на других – ускоренная эрозия почв не наблюдается.

187

ТЕМА №4

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭРОЗИИ

Моделирование эрозии ставит своей целью с помощью активного эксперимента ускорить изучение эрозии, выявить закономерности процесса, исследовать противоэрозионную устойчивость почв, влияние слоя и интенсивности осадков, физического состояния почв и других отдельных факторов на проявление эрозии. Моделирование эрозионных процессов можно проводить в полевых условиях с помощью дождевальных агрегатов, а также в лабораторных условиях на дождевальных установках, гидрологических лотках и другими методами.

Дождевальные установки для изучения эрозии в полевых условиях

Изучение эрозии, вызываемой дождями, а также изучение эффективности различных противоэрозионных мероприятий про-

водится методом моделирования дождей и склонового стока с по-

мощью различных установок с площадью полива от 0,25 до 1000– 1500 м2. При искусственном дождевании в принципе возможно имитировать дождь любой структуры с большим диапазоном как слоя, так и интенсивности выпадения осадков. Основное требование к дождевальным установкам – обеспечение параметров искусственного дождя, соответствующих (или близких) реальным ливням. С помощью дождевальных установок в большинстве случаев получают относительные величины, которые далеко не всегда отражают количественную оценку процесса, протекающего в естественных условиях. Тем не менее, дождевальные агрегаты позволяют решать целый ряд важных вопросов.

В методических указаниях по моделированию эрозионных процессов (1980) все дождеватели в зависимости от принципа получения дождя разделяются на капельные и насадковые. В капельных дождевателях для образования капель используются сита с отверстиями, нити, иглы, капиллярные трубки. Среди на-

188