ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЛАНДШАФТОВ ПОБЕРЕЖИЙ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПОКАЗАТЕЛИ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

THE SPATIAL STRUCTURE OF LANDSCAPES OF SHORES OF THE RESERVOIRS AND INDICATORS OF THEIR TRANSFORMATION IN CONDITIONS OF LONG-TERM FUNCTIONING

 

Н.М. Новикова1, Н.А. Шумова1, С.С. Уланова2, Н.А. Волкова1, М.Б. Шадрина1, И.Б. Шаповалова1

N.M. Novikova1, N.A. Shumova1, S.S. Ulanova2, N.A. Volkova1, M.B. Shadrina1, I.B. Shapovalova1 

1Институт водных проблем Российской академии наук

(Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, 3) 

2Институт комплексных исследований Аридных территорий

(Россия, 358005, Республика Калмыкия, г. Элиста ул. Хомутникова, 111) 

1Water problems institute, Russian Academy of Sciences

(Russia, 119333, Moscow, Gubkin St., 3) 

2Institute for integrated research in Arid areas
(Russia, 385000, Republic of Kalmykia, Elista, Khomutnikova St., 111)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Длительные наблюдения на побережьях естественных и искусственных водоемов показали, что их пространственная организация соответствует блоковой структуре экотона «вода-суша». Благодаря этому подходу можно выделять участки побережья, функционирующие под разным воздействием водоема. Новизна исследования заключается в разработанной методике, позволяющей выделять функциональные блоки и оценивать трансформацию природных комплексов в их границах на основании необходимого и достаточного числа показателей: водного фактора (длительности и частоты заливания), а также динамичных и консервативных характеристик растительности и почв. Исследования на многих водоемах в степной зоне показали, что направленные изменения исходных ландшафтов наиболее значительные внутри водоема и ослабевают в направлении коренного берега, а климатические – наиболее сильно проявляются в амфибиальном блоке (зоне сработки) водоема. Среди компонентов природных комплексов наиболее существенно трансформируется растительность. В степной зоне на побережьях крупных водохранилищ глубина трансформации всех компонентов в сравнении с исходными ландшафтами возрастает в направлении с севера на юг.

Long-term observations on the coasts of natural and artificial reservoirs showed that their spatial organization meets the block structure of the ecotone «water-land». Thanks to this approach it is possible to allocate parts of the coast, different operating under the influence of the reservoir. The novelty of the study is developed technique allows to separate functional blocks, and to evaluate the transformation of natural systems in their boundaries on the basis of necessary and sufficient number of indicators: dynamic and conservative characteristics of vegetation and soils. Research on many reservoirs in the steppe zone showed that targeted changes to the original landscape of the strongest inside of the reservoir and weaken towards indigenous banks and the climate is most strongly affect amphybilal block (zone of drawdown) of the reservoir. Among the components of natural systems most strongly transformed vegetation. In the steppe zone on the coasts of large reservoirs depth transformation of all components in comparison with the original landscapes increases in the direction from North to South. 

Проблема оценки воздействия естественных и искусственных водоемов на прилегающие территории в настоящее время актуальна как в связи с решением теоретических вопросов взаимодействия вод суши с окружающей средой, так и в связи с необходимостью решения важных практических задач по повышению водоохранных функций побережий и определению направлений рационального использования их ресурсов. Задачи исследований в связи с этим, в первую очередь, должны быть направлены на выявление структурно-функциональной организации природных комплексов побережий с оценкой особенностей воздействия водоема.

Пространственная структура природных комплексов побережья. Для выявления пространственной организации природных комплексов побережий водохранилищ разработана методика, в основу которой положено рассмотрение побережья как блоковой системы экотонной системы «вода-суша» в понимании В.С. Залетаева [1]. Согласно этому подходу выделяются три типа участков (функциональных блоков), испытывающих различное воздействие водохранилища. Первый из них (амфибиальный блок) – заливаемое дно водохранилища, обнажающееся при сработке уровня, где на открытом побережье ведущую роль играет волноприбойная деятельность водных масс, а в лагунах – аккумуляция наносов. Второй участок (динамический блок) – территория побережья, подверженная кратковременному заливанию в весенний период и близкому стоянию уровня грунтовых вод в вегетационный период. Этот участок побережья протягивается от береговой линии до максимально возможного подъема уровня водохранилища (НПУ). Третий участок (дистантный блок) – незаливаемая подтопленная территория побережья с грунтовыми водами на глубине до 3-х м. Экспериментальным путем было получено, что высотная отметка береговой линии водохранилища соответствует 50% обеспеченности заливания, рассчитанной на основании значений уровня водохранилища за все годы его существования. Внешняя граница воздействия водохранилища определяется эмпирически, на основании глубины залегания грунтовых вод ниже 3 м от поверхности в весенний период.

Для получения реальных характеристик природных комплексов побережья в каждом конкретном случае, проводится топо-экологическое инструментальное профилирование (вкрест рельефа) от уреза воды в направлении коренного берега, позволяющее связать между собой относительные высотные отметки рельефа с характеристиками растительности, почв, грунтовых вод и положением уреза воды водохранилища в период наблюдения. Знание абсолютной отметки уровня водохранилища на дату наблюдения позволяет перейти от относительных высотных отметок на топо-экологическом профиле к абсолютным и сопоставлять между собой разные участки побережья водоема и их характеристики в разные годы наблюдений.

Оценка трансформации природных комплексов. Для этой цели была использована система экологических и биологических показателей и критериев изменения гидромофизма [3] природных комплексов: грунтовых вод, почв и растительности.

Метод прямого сопоставления показателей в исходных и трансформированных водохранилищем в разных блоках, доступен для восприятия специалистами и сложен для специалистов водного хозяйства. С целью расширения возможности проведения оценки был разработан алгоритм дифференцированной оценки на основании условных баллов.

Для оценки изменения грунтовых вод была разработана шкала с градациями, отражающими их экологическое значение (табл. 1). Пример: подъем грунтовых вод на один шаг – с глубины 3(5) м до 1,5 м и с глубины 3-1,5 м до 0,5 м оценивается 2 баллами. Максимальное значение – 3 балла присваивается при подъеме грунтовых вод с глубины 3 (5) м практически до дневной поверхности (0,5-0 м).

Таблица 1

Шкала для оценки изменения положения грунтовых вод при возрастании гидроморфизма

Глубина грунтовых вод (в исходном ландшафте, до затопления), м

Глубина грунтовых вод (современная), м

>3 (5)

3-1,5

1,5-0,5

0,5-0

>3 (5)

0

1

2

3

3-1,5

 

0

1

2

1,5-0,5

 

 

0

1

0,5-0

 

 

 

0

Примечание ? число внутри ячеек таблицы – баллы, оценивающие изменение исходного уровня грунтовых вод, указанных в левой вертикальной колонке по отношению к значению в настоящее время, указанным в верхней  горизонтальной строке

Для оценки трансформации почв также была разработана шкала, связывающая показатели и оценочные значения (табл. 2). При этом был принят разный «вес баллов». Отсутствие признаков гидроморфизма – отсутствие гидрогенной трансформации в почвах оценивается «0».

Таблица 2

Шкала для оценки гидрогенной трансформации почв в баллах

Показатель

Индикаторы современного гидроморфизма

Луговый процесс

Болотный

процесс

Вски-

па-ние

Вторич-ный

гипс

Охрис-тость

Сизова-тость

Бобовин- ки Fe+Mn

CaCO3

(плесень)

Под-тип

Тип

Под-тип

Тип

Исходный зональный тип почв – автоморфные почвы

1

1

1

1

1

1

6

8

9

10

Примечание ? в амфибиальном блоке, в условиях открытого побережья почвы смыты, присваивается максимальный балл, оценивающий наивысшую степень трансформации – 12

Изменения в растительности от коренного берега к урезу воды в связи с увеличением влагообеспеченности биотопов идут в направлении смены влагоустойчивых видов и растительных сообществ влаголюбивыми. При составлении оценочной шкалы для облегчения ее восприятия, приведены не конкретные сообщества, а условный экологический ряд, отражающий суть изменений при усилении гидроморфизма биотопов от зонального к околоводному и водному (табл. 3).

Таблица 3

Шкала для оценки гидрогенной трансформации растительности в направлении возрастания увлажнения

Зоны

Экология растительных сообществ функциональных блоках экотона

амфибиальный

динамический

дистантный

маргинальный

Степная

гидрофильные и гигрофильные

гигрофильные и мезофильные

мезофильные, мезоксерофиль-ные, ксерофильные

ксерофильные, мезоксерофильные

Баллы

6

4

2

0

Примечание ? при отсутствии сомкнутой надземной растительности в амфибиальном блоке, изменению присваивается еще 2 балла. В итоге здесь присваивается 8 баллов

Засоление почв побережий под влиянием водохранилища оценивается на основании содержания водорастворимых солей в сухом остатке водной вытяжки. Этот показатель изменяется в диапазоне от менее одного до 3%. При построении шкалы выбран шаг в 0,25% для двух нижних ступеней (отсутствия и слабого засоления) и 0,5% – для верхних ступеней (среднего и высокой степени засоления).

Для оценки трансформации природных комплексов побережий исследованных водохранилищ степной зоны был рассчитан показатель среднего значения суммы баллов по блокам экотонной системы и в среднем по водохранилищу (табл. 4). Как видим, самое низкое значение среднего балла оказалось у Краснодарского, и оно возрастает по градиенту аридизации среды в направлении на юг, где в Кума-Манычской впадине засоление почв дополнило трансформацию экосистем, и она оказалась самой высокой.

Таблица 4

Оценка трансформации экосистем в зоне влияния водохранилищ в баллах на основании индикаторов современного гидроморфизма в функциональных блоках.

Под-зона

Индекс* ланд-шафта, номер профиля

Блок** экотона

Грунтовые воды

Мощность гумусового горизонта

Включе- ния

Расти-тель-ность

Засо-ление

Сумма баллов

Степная

настоящие степи

КРАСНОДАРСКОЕ водохранилище – 6,6

(239 в)

КП

II*

1

0

2

6

0

9

III

1

0

3

4

0

8

(239 е)

КП 8

II

1

0

1

6

0

8

III

1

0

1

4

0

6

IV

0

0

0

2

0

2

ЦИМЛЯНСКОЕ водохранилище – 8,5

(239 б)

ЦП 6

III

2

0

2

4

1

9

IV

2

0

0

2

0

4

Сухостепная

(251 а)

ЦП 21

III

2

0

3

4

2

11

IV

1

0

2

2

1

6

(255 о)

ЦП 18

III

2

0

2

4

3

11

IV

1

0

0

2

1

4

(255 ч)

ЦП 1

III

2

6

4

4

0

16

IV

1

0

3

2

0

6

V

0

0

1

2

0

3

(255 ц)

ЦП 11

III

2

6

2

4

2

16

IV

1

0

3

2

1

7

ПРОЛЕТАРСКОЕ водохранилище – 11,3

(249 б)

ПП 5

II

2

6

2

4

3

17

III

1

0

2

4

3

10

IV

0

0

3

2

2

7

ВЕСЕЛОВСКОЕ водохранилище – 12,4

(249 б)

 

ВП1

II

3

10

0

6

3

22

III

2

0

3

4

3

12

 

 

 

 

 

 

 

IV

0

0

1

3

2

5

(255 и)

ВП 5

III

1

6

3

4

3

17

IV

1

0

1

2

2

6

Примечания – *номера в скобках - индексы ландшафтов по Ландшафтной карте [3]; под ними – индексы топо-экологического профиля на каждом водохранилище;

**римскими цифрами обозначены блоки экотонной системы побережья: II – амфибиальный; III – динамический; IV – дистантный; V – маргинальный

Выводы. Использование методического подхода к рассмотрению побережья как блоковой системе экотона «вода-суша», позволяет выделить участки территории (функциональное блоки), испытывающие разное влияние водохранилища.

Разработанные показатели (индикаторы) гидрогенной трансформации почв и растительности дают возможность оценить изменения как в отдельном функциональном блоке, на конкретном участке побережья – в конкретном ландшафте, так и для водохранилища в целом.

Разработанные шкалы для показателей водного режима, почв и растительности обеспечили возможность разработки алгоритма балльной оценки воздействия водохранилища на исходные ландшафты.

Благодарности. Работа выполнена по гранту ОНЗ-12 «Современный гидроморфизм на юге европейской части России как ограничение развития хозяйственной деятельности» и теме НИР ИВП РАН «Разработка оценочных показателей и критериев трансформации наземных экосистем при изменении климатических и гидрологических факторов». 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Залетаев В.С. Структурная организация экотонов в контексте управления // Экотоны в биосфере. М.: РАСХН, 1997. С. 11-29.
  2. Ландшафтная карта СССР. 1:2 500 000. М.: М-во геологии, 1987.
  3. Новикова Н.М., Назаренко О.Г. Современный гидроморфизм: процессы, формы, проявления, признаки // Арид. экосистемы. 2007. Т. 13, № 33-34. С. 70-82.

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