Падалко Ю.А. Устойчивость водосборных ландшафтов реки Урал к развитию ускоренной эрозии и химическому загрязнению // Инновационные процессы в области естественнонаучного и социально-гуманитарного образования. Третья междунар. научно-практич. Конференция. Оренбург, 17-18 марта 2016 г. : сб. статей / Мин-во образ. и науки РФ, ФГБОУ ВПО «Оренб. гос. пед. ун-т». – Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2016. С. 154-158.

ПАДАЛКО Ю. А.

УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДОСБОРНЫХ ЛАНДШАФТОВ РЕКИ УРАЛ К РАЗВИТИЮ УСКОРЕННОЙ ЭРОЗИИ И ХИМИЧЕСКОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ

 

АННОТАЦИЯ:

В статье рассмотрена потенциальная геоэкологическая устойчивость водосборов реки Урал. В частности, исследуется подверженность ландшафтов бассейна реки Урал риску развития ускоренной эрозии и химическому загрязнению. Развитие этих неблагоприятных явлений обусловлено динамическими свойствами рельефа водо­сборов, от которых зависит интенсивность эрозиоипо-аккумулятивных процессов. Геоинформационный анализ морфомвтринеских параметров цифровой модели рельефа водосборов позволил определить степень устойчиво­сти ландшафтов бассейна реки Урал и провести ранжирование водосборов,

Ключевые слова: устойчивость водосборных ландшафтов, бассейн реки Урал, эрозионно-аккумупятивные процессы.

 

Бассейн реки Урал занимает значительную часть Заволжско-Уральского региона. На тер­ритории бассейна отражаются как природные особенности, так и антропогенная трансформация геосистем региона. Вследствие географического положения с северо-востока на юго-запад бассейн пересекает ряд природных зон: лесную (горную), лесостепную и степную. Бассейн реки Урал относится к старопромышленным районам Южного Урала, где сформи­рованы горнопромышленные объекты, селитебные территории и агроландшафты.

Река Урал наряду с рекой Белой являются основными водными артериями и базисами эрозии, аккумуляции веществ и их транспортировки для прилегающих ландшафтов. При­легающие ландшафты представляют собой сеть частных водосборов, в которых развиты собственные транспортные и эрозионно-аккумулятивные системы. Интенсивность функци­онирования этих систем определяет устойчивость ландшафтов к антропогенным нагрузкам,

Ведущими факторами, определяющими интенсивность процессов эрозионно-аккуму­лятивных процессов, являются рельеф, механический состав и мощность грунтов и климат. Эрозии и аккумуляции находятся в тесной связи с динамическими свойствами поверхности ландшафта, такими как гравитационный потенциал и уклон поверхности.

Гравитационный, или денудационный, потенциал территории (относительные превыше­ния и расчлененность) — чем он больше, тем меньше устойчивость геосистем к денудации, эрозии, механическим нагрузкам и также к токсикантам [2].

Уклоны поверхности — чем они больше, тем устойчивость ниже, но при уклонах < 1° она может падать из-за возможного переувлажнения и низкого самоочищения ландшафтов от загрязнителей [2]. Уклон поверхности свыше 5-7° без учёта подстилающей поверхности может привести к развитию эрозии на агроландшафтах.

Для анализа динамических свойств ландшафта необходимо определение направленно­сти и распространения вышеназванных процессов. Данную возможность предоставляет во­досборное разделение территории, которое представляет собой вектор процессов и локали­зацию для определения морфометрических характеристик поверхности ландшафта. Кроме того, важно внести дополнения в схему бассейновой организации территории, обозначив квазиводосборы, такие как зоны влияния крупных водохранилищ.

Нами первоначально составлен водосборный каркас бассейна реки Урал на основе циф­ровой модели рельефа (ЦМР) исследуемой территории с использованием геоинформацион­ных программ, Цифровая модель рельефа строится на базе SRTM (Shuttle radar topographic mission) — выполненной радарной съёмки в феврале 2000 г. с борта космического корабля многоразового использования «Шаттл» (радарная интерферометрическая съемка поверх­ности земного шара). В работе использованы данные SRTM 3 с разрешением три угловых секунды, или примерно 90 м [1].

Для создания водосборной организации территории нами использовалась некоммерче­ская программа SAGA GIS с последующей ручной корректировкой векторного слоя в про­грамме Maplnfo 11.5. Аналогичное построение можно провести в среде ArcGIS (табл. 1).

Таблица 1 Алгоритм построения водосборной организации территории

Описание действий

Г'ИС среда и последовательность команд

Построение ЦМР: конвертация файлов SRTM (*.hgt) и формат *.dem

GiobalMapper 11 File Menu / Expon DEM Command

Создание гидрологической модели:

SAGA GIS

ArcGIS (набор инструментов Spatial Analyst Tools)

заполнение замкнутых понижений и рельефе

Terrain Analysis - Preprocessing / Sink Removal

Hydrology / Fill

определение направления стока

Terrain Analysis      Hydrology / Catchment Area (Parallel)

1) Hydrology / FlowDirection

2) Hydrology \ FlowAccumulation

идентифиция водотоков (прорисовка

звеньев эрозионной сети) и присвоение

Terrain analysis - Channels / Channel Network

1) Hydrology / StreamLink

2) Hydrology / StreamOrder

определение площади для каждого звена, оконтуривание водосборных (дренажных) бассейнов

Terrain analysis - Channels / Watershed Basins (Extended)

Hydrology / Watershed

Территория бассейна реки Урал в водосборной организации разделена на 27 водосборов, которые являются частными водосборами притоков первого и второго порядка. С помощью ручной корректировки нами обозначены квазиводосборы Ириклинского и Верхнеуральского водохранилища, в которую вошли комплементарные водохранилища: Верхнеуральское и Магнитогорское.

Морфометрические характеристики определялись в Maplnfo 11.5 с приложением Vertical Mapper 3.7. С помощью инструмента Slope & Aspect на основе цифровой модели рельефа была создана поверхность уклона склонов водосборов. Определение значений морфометрических характеристик для каждого водосбора осуществлялось с инструментом зональной статистики Region Inspection (табл. 2).

Таблица 2 Амплитуда высот и средний уклон склонов водосборов бассейна реки Урал

Водосбор

Площадь

Средний уклон склонов

Амплитуда высот

Салмыш

7277

1,65

564

Губерля

2401

1,96

350

Суундук

4470

0,84

195

Бол. Ик

7529

4,11

594

Гумбейка

4374

1,02

252

Утва

8929

0,63

254

Чаган

7507

1.07

228

Иртек-Кинделинский

9216

1,08

265

Илек

42020

0,88

455

Донгузский

4330

0,72

263

Нижне-Сакмарский

3584

1,36

386

Каргалинский

3225

1.77

311

Зилаирский

3226

3.65

503

Верхне-Сакмарский

2390

2,44

560

Таналык

4007

1.50

728

Средне-Сакмарский

4996

4.02

«187

Орь

16941

0,69

423

Урало-Орский

3952

0.96

356

Буртинский

7629

0.91

333

Киялы-Буртинский

6908

2,17

382

Уртазым-Худолазский

2930

1.99

742

Верхнеуральский

2939

1.55

501

Урал-Миндякский

2377

3,68

616

Ириклинский

5376

1.03

467

Бол. Кумак

7780

0.73

217

Караган-Зингейский

4321

1,01

277

Кизильский

5863

2.82

809

Максимум

42020.0

4.11

809

Минимум

2377

0.63

195

Среднее

6907.296

1.71

426.6

Для пространственного анализа потенциальной устойчивости водосборных ландшафтов реки Урал, подверженности ускоренной эрозии и химическому загрязнению проведено их ранжирование. С этой целью использовался метод простой ранжировки по каждому показа­телю и их совокупности. Он дополнялся экспертной балльной оценкой по ранговой шкале (табл. 3).

Таблица 3 Балльная опенка динамических свойств поверхности ландшафтов

Свойства поверхности

Показатель

Единица измерения

Динамическая характеристика, баллы

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

гравитационный, (денудационный) потенциал

амплитуда высот

метры

менее 250

250-400

400-550

350-700

более 700

уклоны поверхности

средний уклон склонов

градусы

более 3

3-1,5

1,5-1

1-0,91

менее 0,91

Интегральный рейтинг рассчитывался суммированием баллов по двум показателям и определением ранга по шкале экспертной оценки согласно полученной совокупности баллов:

«4-5» — высокая устойчивость;

«5-6» — повышенная;

«6-7» — средняя;

«7-8» — низкая устойчивость

К водосборам с высокой устойчивостью (4-5 баллов) относятся водосборы среднего течения реки Сакмара, Зилаирский, Киялы-Буртинский, Каргалинский, а также Губерля и Чаган. Они имеют средний и высокий уклон склонов около одного градуса со средним от­носительным превышением высот (рис. 1).

Рис. 1 Ранжирование потенциальной устойчивости водосборных ландшафтов реки Урал к ускоренной эрозии и аккумуляции загрязняющих веществ

Повышенную совокупную устойчивость (5-6 баллов) имеют водосборы Урал-Миндяк-ский, Нижне-Сакмарский, Большой Ик, Карагап-Зипгейский, Иртек-Кинделипский и Гумбейка. У данных водосборов средний уклон склонов, за исключением бассейна реки Боль­шой Ик, где он превышает четыре градуса. По подверженности опасности развития эрозии и аккумуляции загрязняющих веществ водосборы одинаковы. Опасность загрязнения есть у водосборов восточных и западных притоков реки Урал, остальные обладают потенциальной подверженностью эрозии и механическим нагрузкам.

Среднею совокупной устойчивостью (6-7 баллов) располагает следующая группа во­досборов: Верхне-Сакмарский, Салмыш, Ириклинский, Верхнеуральский, Урало-Орский, Суундук, Бол Кумак, Буртинский. Большая часть из них имеет средний уклон склонов боль­ше одного градуса и среднюю амплитуду высот, что свидетельствует о неустойчивости раз­вития эрозионных процессов. Водосборы юго-восточных притоков Большой Кумак, Суун­дук и Буртинский характеризуются слабым уклоном склонов, поэтому могут развиваться процессы аккумуляции загрязняющих веществ.

Низкой совокупной устойчивостью (7-8 баллов) обладают водосборы правых притоков верхнего течения реки Урал (Кизильский, Уртазым-Худолазский, Таналык) и крупные юж­ные притоки среднего течения (Орь, Илек, Утва и Донгузский). Водосборы горных притоков верхнего течения имеют высокую опасность развития денудационных и эрозионных процес­сов, а южные степные — подверженность накоплению загрязняющих веществ.

Проведённое ранжирование показывает не только степень устойчивости водосборных ландшафтов, но и потенциальную подверженность территорий ускоренной плоскостной и линейной эрозии, денудации или аккумуляции загрязняющих веществ в ландшафте. Полу­ченные сведения необходимы при проведении геоэкологических исследований территории, оценке экологической емкости ландшафта и прогнозировании природных и антропогенных чрезвычайных ситуаций.

Работа выполнена в рамках Комплексной программы Уральского отделения РАН № 15-12-5-50 по теме «Анализ антропогенных воздействий на природные геосистемы Заволжско-Уральского региона и разработка методов сохранении ландшафтного и биологического разнообразия в процессе природопользования».

Список использованной литературы:

  1. Падалко Ю. А. Морфометрические особенности речных водосборов степной зоны Оренбуржья // Вопро­сы степеведсния. Оренбург : ИС УрО РАН, 2013. С. 62-65.
  2. Рациональное природопользование; теория, практика, образование / пол общ. ред. проф. М. В. Слипенчука. М. : Географический факультет МГУ, 2012, 264 с. 

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!