ВВЕДЕНИЕ Начнем с того, что рекой принято считать постоянно
advertisement
ВВЕДЕНИЕ Начнем с того, что рекой принято считать постоянно действующий водоток, функционирующий круглый год либо пересыхающий или перемерзающий на очень короткий период и не каждый год. Применяются два количественных критерия для классификации равнинных рек на малые, средние и большие - длина реки и площадь водосбора. В Энциклопедическом словаре географических терминов в качестве количественного критерия принята площадь водосбора, и к малым относятся реки с водосбором не более 2000 км. В многотомном издании материалов по водным ресурсам малыми названы реки, имеющие длину не более 100 км независимо от площади их бассейнов. Наряду с количественными характеристиками малых рек указывается, что "малой следует считать такую реку, бассейн которой располагается в одной географической зоне, и гидрологический режим ее под влиянием местных факторов может быть не свойственен рекам этой зоны" [6]. В повседневном обиходе, а также в специальной литературе диапазон рек, относимых к малым, более широк и во многом зависит от природных и социально-экономических условий. Понятие "малые реки" нередко применяется ко всем рекам, имеющим только местное значение в масштабе страны или крупного региона. Актуальность темы. Значительная часть населения Российской Федерации проживает на малых реках, которые формируют средние и большие реки. Неудовлетворительное состояние малых рек, особенно качество воды в них, вызывает растущую тревогу у специалистов и общественности. Все более осознается, что сохранение малых рек означало бы решение одного из самых важных аспектов защиты окружающей природной среды. Цель работы – на основании данных по изучению эрозионно-аккумулятивных процессов на территории России, определить состояние эрозионных процессов в долинах малых рек Зауралья и экологическую обстановку на данной территории. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи: 1. Определить современное состояние проблемы, указать методы и подходы для изучения эрозионных процессов. 2. Установить общие закономерности развития и проявления эрозионных процессов. 3. Подвести экологическую оценку данных процессов. Объект: территории долин малых рек Зауралья, подвергшиеся интенсивным эрозионно- аккумулятивным процессам. 3 Предмет: эрозионно-аккумулятивные процессы. Методы их исследования. Особенности проявления, интенсивность и специфика воздействия данных процессов. Методика исследования: в работе использовались такие методы теоретического уровня, как анализ, синтез и обобщение. 4 ГЛАВА 1. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕЧНОЙ ЭРОЗИИ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ 1.1. Современное состояние проблемы В Российской Федерации насчитывается 2,5 млн. малых рек и ручьев. К этой категории водных источников относятся водотоки с площадью водосбора до 2 тыс. км2 и средним многолетним расходом воды до 5 м3 /сут за период низкого стока. Заметим, что на долю малых рек приходится значительная часть среднего объема речного стока: от 10 до 85% в разных регионах, или около 50% в среднем по стране. Малые реки принимают с водой различные наносы и растворенные вещества, поступающие с водосборов. В свою очередь малые реки формируют средние и большие реки, предопределяя их экологическую чистоту. На берегах этих рек проживает значительная часть населения России. В настоящее время их состояние, особенно в европейской части страны, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них оценивается как катастрофическое. Значительно сократился сток малых рек. Велико число рек, прекративших существование в последнее время, многие оказываются на пороге исчезновения [21]. Антропогенных факторов изменения химического состава воды малых рек множество. Но особую тревогу вызывает проблема заиления рек. Заиление малых рек на севере лесостепи приводит к подъему уровня грунтовых вод и заболачиванию пойм, которые становятся непригодными для какого-либо использования. Повышается вероятность затопления в период весеннего половодья или сильного дождевого паводка сел, деревень и городов, пахотных земель. На юге Зауралья заиление малых рек ведет к катастрофическому изменению всей экосистемы; наблюдается процесс опустынивания. Кардинальным образом меняется состав растительности, начинают преобладать полупустынные и пустынные виды, практически исчезают отдельные древесные виды кустарников, а деревья могут существовать только при условии регулярного полива. В числе главных причин исчезновения малых рек также отмечено осушение болот [18]. Данные свидетельствуют о том, что в ближайшие годы большая часть загрязняющих веществ будет поступать в поверхностные воды не от стационарных точечных источников, а в результате смыва с поверхности водоразделов и с территорий крупных городов с ливневым стоком. Это указывает на несовершенство структуры государственного управления в области охраны водного фонда, а также на отсутствие ясно выраженной государственной политики и стратегии в области охраны вод. Очевидно: проблемы малых рек - одни из ключевых проблем инженерии, гидрологии, экологии, водного хозяйства и других отраслей, связанных с использованием водных ресурсов. Восстановление и сохранение водных ресурсов страны в 5 экологически благоприятном состоянии должны являться стратегическим направлением государственной водохозяйственной политики. Государственная политика должна обеспечить согласованную работу всех субъектов водного хозяйства (государственных органов, органов местного самоуправления, водопользователей) по решению проблем в сфере водных ресурсов, в том числе связанных с реформированием и развитием водохозяйственного комплекса [21]. 6 1.2. Методика исследования эрозионных процессов Текущая по земной поверхности вода отрывает частицы почвогрунтов, растворяет входящие в состав минералов те или иные вещества и смывает материал, оторванный и размельченный другими агентами денудации. Захваченный потоком материал переносится им на некоторое расстояние, а затем откладывается. При размыве, смыве, переносе, аккумуляции взвесей, растворении и осаждении веществ из растворов происходит сложнейшая сортировка материала по степени устойчивости против размыва, растворимости и транспортабельности. Вместе с тем твердые частицы во время их переноса потоками подвергаются шлифованию, дроблению и растворению [14, с.83]. Совокупность перечисленных выше явлений (отрыв, смыв, растворение, перенос, аккумуляция, осаждение, сортировка и обработка материала), рассматриваемая в пространстве и времени, а также во взаимосвязи с определяющими факторами, и составляет эрозионноаккумулятивный процесс. Показателями эрозионно-аккумулятивного процесса являются: во-первых, объем (или вес) вещества, удаленного в течение определенного промежутка времени с единицы площади, во-вторых, длина пути переноса материала в единицу времени и, в-третьих, объем или вес материала, отложенного за единицу времени на единицу площади. Кроме того, судить об эрозионном процессе можно косвенным путем по формам эрозионного и аккумулятивного рельефа. Ниже перечислены некоторые методики исследования этих процессов [14, с.84]. Метод определения посредством подсчета объема удаленного вещества. При подсчете объема удаленного водой вещества приходится встречаться с большими затруднениями, вследствие чего лишь в редких случаях можно рассчитывать на достоверность полученного результата. Обычно невозможно установить точно первоначальные отметки рельефа местности, подвергшейся размыву, так как не существует ни идеально плоских «первичных» равнин, ни абсолютно устойчивых водораздельных вершин, которые могли бы служить опорными «марками» при таком подсчете. Результаты подсчета являются более или менее достоверными, если: а) мощность смытого слоя и скорость его удаления были столь велики, что можно пренебречь ошибками, происходящими в результате неточного определения первичной формы поверхности, местных смещений земной коры и прироста твердого вещества за счет эоловой аккумуляции; б) имеются «марки», относительно определенно характеризующие уровень первичной поверхности, например, столовые возвышенности, покрытые породами, весьма устойчивыми против эрозии [14, с.85]. 7 Для определения мощности слоя удаленной смывом породы довольно часто используют метод восстановления первичной структуры и древнего «уровня денудации». Так, И.В. Ленных (1948), анализируя формы складчатых структур Южного Урала, определяет первичную высоту сводов по современному наклону свит. Допустив, что первичная высота местности совпадает с высотой сводов, он получил превышение их уровня над современной поверхностью в 1000-3000 м. Таким образом, мощность удаленного слоя, по мнению И.В. Ленных, превосходит 1000 м. Так как древние аллювиальные отложения, возраст которых относится к мезозою, залегают всего на высоте 30-50 м над уровнем дна современных долин, то И.В. Ленных полагает, что толща породы, не менее 1000 м мощностью, была удалена в пермский период, характеризующийся весьма интенсивной эрозией, затем резко замедлившейся. Результаты такого расчета могут привести к совершенно ложным представлениям об интенсивности эрозии и ее изменении во времени [12]. Метод определения по объему транспортируемого материала. В течение последних двух-трех десятилетий значительно расширилась сеть станций, измеряющих твердый расход рек. К сожалению, методика исследований твердого стока еще мало совершенна и не все его компоненты учитываются с достаточной точностью. Наименее надежными являются наблюдения за перемещением влекомых наносов, тогда как именно эта группа наносов главным образом и участвует и процессах руслообразования. Сравнительно мало еще изучается сток растворенных веществ, хотя в равнинных реках большая часть веществ переносится в растворенном состоянии. Особенно недостаточно исследован твердый сток нерусловых и временных русловых потоков, что затрудняет определение интенсивности эрозии на междуречных пространствах. Все же, несмотря на перечисленные недостатки, имеющиеся данные о стоке твердых веществ являются в настоящее время наиболее точным и объективным материалом для суждения о количестве выносимых с данной территории веществ. Следует, однако, заметить, что имеющиеся определения величины твердого стока произведены в большинстве случаев на реках, в бассейнах которых ландшафт изменен деятельностью человека и где, благодаря усиленной эрозии почв, сбросу сточных вод, а также непрерывным гидротехническим работам в русле и долине (углубление перекатов и порогов, устройство мостов и пр.) режим наносов нельзя считать естественным. Вследствие этого при использовании данных о твердом стоке для целей палеогеографического анализа нужно соблюдать большую осторожность [14, с. 86]. 8 Метод определения по геоморфологическим признакам. Согласно концепции Дэвиса, резкость форм эрозионного рельефа является признаком интенсивной эрозии; узкая глубокая долина с крутыми склонами, ступенчатый продольный профиль потока – это признаки «молодости» эрозионного рельефа и бурного проявления эрозии [27, 28]. В стадии «молодости», по его мнению, преобладает глубинная эрозия, которая сменяется эрозией боковой только в стадии постепенного затухания эрозионного процесса. Эти постулаты Дэвиса правильны только в отношении некоторых частных случаев. Если, например, происходят быстрое местное поднятие, то реки углубляются, образуя в районе поднятия узкую долину с крутыми склонами. Так как деятельность склоновой эрозии в меньшей степени зависит от уклона, чем эрозии русловой, то процесс выполаживания склонов долины отстает от процесса углубления дна в период наиболее бурной русловой эрозии и только по окончании этой стадии начинает существенно сказываться на форме долины. Во многих других случаях, как будет показано ниже, постулаты Дэвиса приводят к совершенно неверным представлениям о существе процесса [14, с.86]. Глубина врезания речных долин служит одним из показателей, по которому можно судить об относительной интенсивности эрозии, если, конечно, современная глубина долины не является результатом имевшей место в прошлом эрозии более интенсивной, чем современная. При анализе глубины врезания, если ее определять как разницу высоты между средней отметкой водораздела и средней отметкой дна долины, следует иметь в виду, что она изменяется вдоль по течению реки, завися от профиля среднего ската местности и формы продольного профиля реки. При равномерном уклоне местности и вогнутой форме продольного профиля реки глубина врезания нарастает от истока до некоторого пункта среднего течения, а затем снова уменьшается к устью. При неравномерном скате местности или при продольном профиле иной формы ход изменения глубины врезания может быть иной. Возможные изменения глубины врезания настолько многообразны, что при современном состоянии теории продольного профиля реки еще нельзя предложить простых универсальных методов для определения интенсивности эрозионного процесса по глубине врезания долин. Пока возможно решение этой задачи лишь для частных, сравнительно простых случаев. Имеются два таких способа [14]. 1-й способ. Если общее падение сравниваемых рек и геологическое строение долин более или менее одинаковы, то соотношение продольных уклонов водной поверхности в пунктах с равной площадью водосбора является показателем относительной глубины врезания. У малых рек с небольшой глубиной врезания уклон в нижнем и среднем течении больше, а в верховьях меньше, чем у рек, сильнее врезающихся. Таким образом, не имея полного продольного профиля реки, можно по нескольким пунктам, в которых определены продольный уклон и 9 площадь водосбора, приближенно судить о степени врезания сравниваемых рек по соотношениям уклонов, отнесенных к площадям водосбора. 2-й способ. При равномерном уклоне местности и вогнутой форме продольного профиля максимальная глубина врезания располагается тем ближе к верховью реки, чем больше транспортирующая способность ее потока. В пункте максимальной глубины врезания средний уклон местности равен уклону реки, умноженному на коэффициент извилистости русла. Чем меньше расстояние от данного пункта до водораздела, тем глубже врезана русловая система. Этим показателем можно пользоваться, имея продольные профили от истока до среднего течения реки [19]. Рассмотрев основные методики изучения эрозионных процессов, мы приходим к выводу, что каждый из них имеет те или иные недостатки и что только при комплексном их рассмотрении и при одновременном тщательном анализе всех особенностей формирования ландшафта можно провести оценку эрозии в сравниваемых районах. Наиболее объективным и точным является метод, основанный на непосредственном измерении твердого стока потоков, однако и этот метод может привести к крупным ошибкам, если не учитывать всего комплекса причин, определивших ту или иную величину твердого стока за период наблюдения. Особенно критически следует относиться к геоморфологическим признакам, вытекающим из теории эрозионного цикла (резкость форм, характер поперечного и продольного профилей долины), так как в ряде случаев они могут привести к выводам, не соответствующим действительности [14, с. 86] 10 ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 2.1. Классификация эрозионных процессов Процесс разрушения, или размывания горных пород текучими водами называется эрозией. Эрозия, в свою очередь, состоит из двух процессов: механического размывания горных пород – истирания дна твердыми обломками и химического растворения горных пород. Самый низкий уровень, которого водный поток достигает в устье, называется базисом эрозии, а уровень мирового океана – абсолютным базисом эрозии. Процессы эрозии обычно сопровождаются аккумуляцией. Продукты разрушения перемещаются водой, как в обломочном, так и в растворенном виде. В результате совместного действия эрозии и аккумуляции поверхность Земли постепенно нивелируется, а рельеф превращается из горного в равнинный [8]. Работа текучих поверхностных вод охватывает значительные площади. Наиболее важную роль играют реки. Источником питания рек могут быть поверхностные и подземные воды. Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов высокого и низкого уровня воды. Состояние высокого уровня называется половодьем или паводком, а низкого – меженью. Количество воды в половодье может увеличиваться, по сравнению с меженью, в несколько раз [9]. Скорость течения рек непостоянна, она меняется во времени и в пространстве. Максимум наблюдается в половодье. Наибольшие скорости наблюдаются в поверхностной части потока, а наименьшие – у берегов и в придонной части, где поток испытывает трение о дно. Движение воды в речных потоках носит турбулентный характер, т.е. вихревой. Турбулентное движение вызывает водовороты и перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности, что приводит к захвату обломочного материала и переходу его во взвешенное состояние. Эрозионные процессы в речных системах зависят от стадий развития речной долины. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в глубину, и боковую, ведущую к подмыву берегов и расширенного долины [9]. В начальную и ранние стадии развития речной долины преобладают глубинная эрозия. Глубину вреза речной долины определяет базис эрозии. На ранних стадиях формирования долины эрозия идет вверх от базиса эрозии (регрессивная эрозия). В это время в рельефе поверхности, по которой протекает река, могут, наблюдаются различные неровности, создающие уклоны на отдельных участках долины, и перепады. В результате этого скорость 11 течения водного потока на отдельных участках и интенсивность эрозии оказывается различными. В этих случаях в выработке профиля равновесия реки большое значение приобретают, помимо основного, местные базисы эрозии. Если река встречает на своем пути крутые ил отвесные уступы более устойчивых пород, то образуются водопады. Падающая струя воды интенсивно размывает дно реки у уступа. В результате подмывания через некоторое время верхняя часть уступа обрушивается и уступ отступает. Водопад начинает действовать на новом уровне. У основания уступа водопад, захватывая обломки горных пород, высверливает на дне углубления, которые называют исполинскими котлами или водозабойными колодцами. Уступ или порог с водопадом является местным базисом эрозии [9]. Одновременно с глубиной начинает проявляться и боковая эрозия. Ее роль возрастает по мере ослабления донной эрозии. Это приводит к подмыву берегов и расширению долины. В результате поперечной циркуляции, струи воды опускаются ко дну и оттуда – над дном идут к берегам. Происходит вынос обломочного материала из придонной зоны к берегам, где он частично откладывается, образуя русловые отмели. Влекомые по дну и взвешенные твердые частички называют твердым стоком рек. Обломочный материал, перемещаемый рекой по дну, усиливает глубинную эрозию, но и сам постепенно измельчается, истирается и окатывается. Так образуется гравий, галька, песок. В рассмотренном виде в речных водах переносятся карбонаты (CaCO3, MgCO3, Na2CO3), в меньшей мере – кремнезем (SiO2). Легкорастворимые сульфатные и хлоридные соли играют заметную роль только в водах рек засушливых областей. В небольших количествах в речной воде в растворенном состоянии содержатся соединения Mg и Fe. Аккумуляция обломочного материала начинается уже на первых стадиях развития реки и усиливается по мере выработки профиля равновесия и расширения речной долины боковой эрозией. Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности рек, называются аллювиальными отложениями или аллювием (от лат. «аллювио» – нанос, намыв). Они состоят из обломочного материала различной крупности и степени окатанности. В зависимости от условий формирования аллювий подразделяется на русловый и пойменный. Его характерной особенностью является косая или диагональная слоистость [8]. В результате эрозионно-аккумулятивной деятельности рек образуются речные долины. Главными элементами речных долин являются дно и склоны. Дно может включать в себя русло и пойму. Пойма – это часть дна, которая периодически заливается водами реки. Участки земной поверхности выше террас называются коренными берегами. Склоны речных долин часто осложнены террасами, которые представляют собой горизонтальные или слабонаклонные площадки различной ширины вдоль склонов речных долин [24]. 12 Располагаются они часто в несколько ярусов, что придает им ступенчатый вид. Подразделяются они на аккумулятивные (сложены целиком аллювием), эрозионные (сложены коренными породами) и цокольные эрозионно-аккумулятивные – в них нижняя часть уступа (цоколь) сложена коренными породами, а верхняя часть аллювием [24]. По форме поперечного сечения речных долин различают: каньоны с крутыми отвесными склонами, ущелья с менее отвесными и более выпуклыми склонами; долины V-образной формы и плоскодонные пойменные долины. По происхождению, речные долины подразделяются на эрозионные (возникшие в процессе эрозии), тектонические (расположены в грабенах, зонах сбросов и т.д.), ледниковые (возникшие при ледниковых процессах) и карстовые (образованные с участием процессов выщелачивания горных пород). Для равнинных территорий с медленным течением характерно намывание сложных петель, меняющих свое положение в пределах дна долины. Такие изгибы называются меандрами или излучинами [9]. Участки земной поверхности, которые разделяют бассейны рек, называются водоразделами. В речном аллювии могут образовываться рассыпные месторождения золота, платины, алмазов, касситерита и др. Устьевые части рек. Среди них наиболее типичны дельты и эстуарии. Дельта фактически представляет конус выноса обломочного материала, приносимого рекой. Когда река достигает моря, скорость течения падает, поэтому приносимый рекой материал оседает. Образуется широкий наземный конус выноса с вершиной, обращенной к реке и наклоном в сторону моря. Часть принесенного материала выпадает в море, образуя подводную дельту или авандельту. При небольшой глубине моря русло реки быстро загромождается наносами и уже не может пропустить через себя все количество поступающей речной воды. В результате возникают прорывы берегов и образование дополнительных русел, называемых рукавами или протоками, которые разбивают дельту на отдельные острова. Некоторые протоки постепенно отчленяются, мелеют, превращаются в озера. Затем часть из них постепенно заполняется озерными осадками, часть зарастает и превращается в болота. При каждом половодье дельта реки меняет форму: расширяется, повышается и удлиняется в сторону моря. В результате образуются обширные аллювиально-дельтовые равнины со сложным рельефом и строением. Примером такой дельты является дельта р.Волги [11]. 13 2.2. Особенности проявления эрозионных процессов В настоящее время вопросы связи между эрозионными процессами и основными факторами ландшафтообразования разработаны настолько слабо, что даже качественный характер зависимостей представляется далеко не всегда ясным. Вот некоторые наиболее достоверные положения [13, с.117]. 1. Основным "естественным двигателем" эрозионного процесса является сток воды с материков. Развитие эрозионного рельефа нельзя отрывать от условий формирования стока. При этом нужно иметь в виду, что на интенсивность эрозии оказывают влияние не только величина, но и режим стока. 2. В рельефообразовании участвуют как поверхностный, так и подземный сток. Особенно большое значение имеет подземная составляющая стока для формирования рельефа равнин, поскольку в этом случае объем химической денудации обычно равноценен объему выносимых рекам и наносов. Вынос вещества в растворенном состоянии условно назовем "скрытой" эрозией. 3. Количественные изменения эрозионных процессов настолько существенно влияют на качественные особенности рельефообразования, что нельзя говорить об эрозии вообще. При выявлении зональных особенностей флювиального процесса необходимо различать специфику эрозии в различных звеньях гидрографической сети. В первом приближении, в сеть водных потоков, протекающих по поверхности суши, можно выделить 3 звена: 1 - нерусловые потоки, стекающие по склонам, 2 - русловые временные потоки, протекающие по оврагам и балкам и 3 русловые постоянные потоки (реки), протекающие по долинам. Потоки, относящиеся к различным звеньям, по-разному влияют на формирование рельефа земной поверхности, и относительная роль каждого звена в эрозионном процессе меняется в зависимости от условий географической среды. 4. Нагрузка потоков твердым материалом (т.е. транспортирующая способность) зависит не только от их гидравлических характеристик, но и от степени дробления частиц наносов. Лишь в исключительных случаях водные потоки до предела загружены мелкими наносами. Поэтому, наряду с факторами, непосредственно влияющими на процесс эрозии (величина и режим стока, характер пород и почв, топография земной поверхности, растительный покров), большое значение также имеют факторы, способствующие дроблению вещества и переносу его в русла потоков (выветривание, гравитационные процессы, работа ветра, ледников и т.п.). 5. Характер форм флювиального рельефа определяется, с одной стороны, особенностями эрозионных процессов, с другой – устойчивостью созданных эрозией форм в данных 14 географических условиях. В одних случаях порожденные эрозией первичные формы быстро трансформируются, в других - могут сохраняться неопределенно долгое время. 6. Изменения эрозионного базиса оказывают влияние на интенсивность эрозионных процессов, поскольку они изменяют уклоны водных потоков, площади их водосборов и характер циркуляции подземных вод. В случае большой амплитуды движений или при значительных изменениях площади суши нужно учитывать также трансформацию климата и режима стока. 7. Характер влияния локальных тектонических движений на эрозионные формы, в частности - на продольные профили рек зависит от соотношения в основном трех факторов: 1) интенсивности тектонического движения, 2) мощности потока (определяемой произведением уклона на формирующий расход воды) и 3) противоэрозионной стойкостью пород в пределах данной структуры [13, с.117-118]. Из сказанного следует, что эрозионные процессы являются зональными процессами. Основной фактор, без которого невозможно развитие эрозии - сток - настолько тесно зависит от физико-географических условий, что их изменения немедленно сказываются на его величине и режиме. Нельзя согласиться с Ж. Трикаром, который относит эрозию к азональным процессам, на том основании, что текучие воды представляют собою «механический агент» а отличие от чисто «климатических агентов» - мерзлоты, ледниковой денудации и др., проявляющихся лишь в определенных географических зонах (Марков, 1948). Приведенная аргументация неубедительна, так как, во-первых, действие всех геоморфологических агентов включает в себя механические процессы, приводящие к перемещению вещества, без которого невозможно развитие форм рельефа и, во-вторых, проявление зависимости эрозии от физико- географических условий выражено не менее отчетливо, чем для других экзогенных факторов рельефообразования (Маккавеев, 1998). При рассмотрении зональных особенностей развития эрозионных процессов Зауралья я ограничусь только равнинными территориями и в целях краткости работы придержусь весьма схематичной характеристики, выделенных здесь мною климатических зон, а именно – гумидной зоны и семиаридной зоны. Гумидная зона. Увеличение тепла и наличие леса способствуют снижению коэффициента стока (до 0,4 и ниже), но вследствие значительно большего количества осадков величина слоя стока обычно больше, чем в предыдущей зоне. Благодаря тому, что количество осадков превосходит величину испаряемости, здесь невозможно существование бессточных озер. С увеличением площади водосбора норма стока обычно увеличивается, поскольку с возрастанием глубины вреза долины вниз по течению увеличивается приток подземных вод в реку. Доля грунтового питания рек 15 заметно возрастает, чем вызвано уменьшение внутригодовой неравномерности стока. Благодаря высокому залеганию уровня грунтовых вод речная сеть очень густая. Даже в ложбинах, имеющих малые водосборы, протекают постоянные водотоки. Вместе с тем широкое распространение в этой зоне покровных пород суглинистого и глинистого состава, в общем, препятствует образованию мощных потоков подземных вод. Повидимому, это является причиною того, что в Зауралье в лесной зоне общий объем скрытой эрозии несколько меньше, чем в степной зоне. По Г.А. Максимовичу (1953) средняя величина химической денудации составляет для лесной зоны 32 т/км, а для степной - 40 т/км в год. Наиболее мощные потоки подземных вод проходят по депрессиям доледникового рельефа. Однако, пока еще нет данных для определенного суждения о том, где пополняется основное солесодержание подземных вод. Можно предполагать, что химическая денудация сравнительно равномерно распределяется по территории, несколько усиливаясь на участках с плоским рельефом (где впитывается в грунт больше воды, чем на склонах) и поэтому содействует общему сглаживанию неровностей рельефа [15]. Смыв твердого материала со склонов (если вмешательство человека не привело к уничтожению растительного покрова) обычно незначителен. При снеготаянии скорость движения талой воды по склону обычно настолько ничтожна, что, если бы снеготаяние не сопровождалось солифлюкционными явлениями, то оно не оказывало бы никакого влияния на формирование склонов. Только в сети русловых потоков скорости движения талых вод становятся достаточными для эрозии. Нерусловые потоки дождевого происхождения также не производят заметной эрозионной работы. Причинами этого являются, с одной стороны, преобладание моросящих дождей над ливнями, с другой стороны, наличие леса, лесной подстилки, сомкнутого травостоя. Д.Л. Соколовский (1957) считает, что для условий лесной зоны наиболее типичен так называемый "подповерхностный" паводок, образующийся не в результате слива воды с поверхности склона в русло, а вследствие поступления воды, просочившейся через подстилку, почву и покровные породы [20]. Образование оврагов связано главным образом только с деятельностью человека. Вследствие интенсивного возобновления растительности овраги быстро зарастают. Реки получают мало наносов из вышележащих звеньев гидрографической сети, и эрозия в основном локализуется в долинах. Высокий слой стока и малое поступление наносов с водораздельных пространств способствуют значительному врезанию рек, продольные профили которых отличаются большей вогнутостью, чем у рек нивальной зоны. Крутые склоны первичных эрозионных форм относительно слабоустойчивы. В результате развития оползневых явлений, связанной с сезонным промерзанием солифлюкции, а также медленного течения увлажненных грунтов 16 (Герасимов, 1941) происходит общее уполаживание бортов долин, оврагов и балок. Устойчивы только склоны, полностью сложенные песчаными или гравелисто-галечными грунтами, долго сохраняющие свою первоначальную крутизну [3]. Семиаридная зона. Снижение величины осадков и увеличение испаряемости приводит к значительному уменьшению коэффициента стока (в степной зоне до 0,1) и слоя стока. При этом, в противоположность предыдущей зоне, наблюдается обратная зависимость между нормой стока и величиною площади водосбора; в системах с малыми водосборами норма стока больше, чем у систем с большими водосборами. Чем засушливее климат, тем резче выражена эта закономерность. Сильно возрастает влияние геоморфологических факторов и характера покровных пород на сток. Норма стока повышается с увеличением крутизны склонов, степени расчлененности рельефа и водонепроницаемости покровных пород. В формировании стока рек доминирующее значение имеют зимние осадки, но в формировании склонового стока, а также стока в овражно-балочной сети главную роль играют летние ливни. Неравномерность стока резко увеличивается с засушливостью климата. Это относится как к внутригодовому распределению стока, так и к изменчивости годовых его величин. Отсюда - "ненормально" большая ширина днищ долин, по отношению к ширине меженного потока. Вследствие того, что величина испарения с водной поверхности больше количества осадков, появляется возможность существования бессточных озер. Глубокое залегание грунтовых вод обусловливает сильное разрежение сети рек. Параллельно с этим растет густота и протяженность сети временных русловых потоков. Гидрографическая сеть местами характеризуется разрывами, чаще всего наблюдающимися на участках с плоским рельефом. Широкое распространение относительно хорошо водопроницаемых покровных лессовидных пород способствует процессам фильтрации, однако, несмотря на это, слой сезонного промачивания грунтов обычно не смыкается с зеркалом грунтовых вод. По сводке А.П. Федосеева (1957) в плакорных условиях степной зоны Зауралья наблюдается следующая глубина весеннего промачивания почв: черноземы южные - 120 см.; темно-каштановые почвы - 100 см; светло-каштановые почвы - 30 - 70 см. Только в депрессиях рельефа, в которых скапливается много снега и в которые сливается вода с прилегающих склонов, слой промачивания почвы, ежегодно или в многоводные годы, достигает уровня грунтовых вод. Под западинами наблюдается пониженная минерализация грунтовых вод и подъем их зеркала в весеннее время (Распопов, 1957), что указывает на связь между поверхностным стоком и грунтовым. Таким образом, растворенный материал проходит сложный путь: склоновый сток захватывает соли из поверхностных слоев почвы и переносит их в депрессии рельефа, где осуществляется глубокая фильтрация и через которые растворенные 17 вещества выносятся в грунтовые воды. Возможно, что западины являются в основном следами деятельности "скрытой эрозии", количественные результаты которой достигают наибольшей величины в тех пунктах земной поверхности, где наиболее длительно осуществляется процесс взаимодействия между водою и грунтами и где возможен вынос продуктов этого взаимодействия [17, 22]. Вместилищем основных потоков подземных вод здесь являются толщи более рыхлых пород, приуроченных к депрессиям дочетвертичного рельефа. Поскольку на водораздельных пространствах вынос растворенных веществ ограничивается только отдельными пунктами, можно предположить, что основной объем химической денудации приходится на крупные депрессии рельефа. Таким образом, работа скрытой эрозии по формированию рельефа в общих чертах совпадает с работой "явной" эрозии. Вместе с тем, на водораздельных пространствах химическая денудация производит самостоятельную моделировку рельефа, выражающуюся в образовании замкнутых понижений. Безлесье, несомкнутость травяного покрова, ливневые дожди – все это способствует относительно энергичной деятельности склоновых потоков дождевого происхождения. Эти же факторы, а также легкая податливость эрозии покровных пород, способствуют образованию оврагов. Однако, в развитии эрозионных форм, создаваемых временными потоками, видную роль играют также и талые воды тем более, что овраги и балки в степени являются коллекторами снега, вмещая 15 - 30% всех снегозапасов (Гришин, 1952). В связи с интенсивным оврагообразованием, склоны сильно расчленены. По Д.Л. Соколовскому (1957) при переходе из лесной зоны в степную, средняя длина склонов в Зауралье убывает с 100 - 150 м до 30 - 55 м [7, 20]. Реки сильно нагружены продуктами эрозии верхних звеньев гидрографической сети. Средняя мутность речной воды в несколько раз больше, чем в предыдущей зоне. Обилие мелкораздробленного материала, поступающего в реки, и значительная неравномерность стока способствуют тому, что на единицу объема стока приходится в несколько раз больше выносимого реками твердого материала, чем в лесной зоне. Однако суммарный вынос реками материала, приходящийся на единицу площади территории, несколько меньше, чем в лесной зоне, так как модуль стока убывает в большей степени, чем растет насыщенность вод наносами, кроме того, имеет значение то обстоятельство, что значительная часть наносов оседает в местных депрессиях рельефа и в речных долинах. В пределах малых водосборов вынос материала с единицы площади значительно больше, чем в лесной зоне. Малые реки зоны недостаточного увлажнения характеризуются (при прочих равных условиях) меньшей вогнутостью продольного профиля, т.е. глубина вреза их среднего течения меньше, чем в условиях гумидной зоны. 18 Общая устойчивость первичных эрозионных форм мало увеличивается по сравнению с гумидной зоной. Периоды увлажнения все же достаточно длительны, чтобы вызвать оплывание и оползание крутых откосов, а, кроме того, значительную сглаживающую работу выполняют нерусловые потоки, особенно быстро разъедающие прибровочную часть склона. Результаты анализа зональных видоизменений эрозионных процессов позволяют высказать следующие соображения, относящиеся к особенностям влияния на рельефообразование эвстатических колебаний базиса эрозии, локальных тектонических движений и осцилляций климата. Как известно, на врезание рек при изменении базиса эрозии большее влияние оказывает отношение уклона реки к уклону территории, обнажающейся при регрессии бассейна (Марков, 1948). Кроме геоморфологических условий, характер врезания в не меньшей мере зависит от условий формирования стока с вновь причлененной территории [16]. В условиях недостаточного увлажнения увеличение площади водосбора обычно сказывается на уменьшении нормы стока в устьевом створе реки и поэтому вероятность врезания при снижении базиса эрозии уменьшается [16]. Локальные тектонические движения и локальные структуры, перераспределяя потоки подземных вод, могут оказать существенное влияние на интенсивность скрытой эрозии и, благодаря этому, могут воздействовать на формирование рельефа вне зависимости от взаимоотношения интенсивности тектоники и эрозии. Может быть, именно деятельностью скрытой эрозии определяется влияние погребенных структур на рельеф и гидрографическую сеть (Геренчук, 1958). Изменения климата должны существенно влиять на всю совокупность эрозионноаккумулятивных процессов и характер рельефообразования. Смена нивального климата гумидным должна сопровождаться затуханием делювиальных процессов, ослаблением оврагообразования, превращением ряда овражно-балочных систем в речные долины, врезанием малых и средних рек (с образованием хордовых террас). Значительно (в несколько раз) возрастает интенсивность скрытой эрозии. Остепнение ранее лесной территории должно сказываться на изменении характера делювиальных процессов (увеличении значения склонового стока), превращении притоков высших порядков в балочные системы, увеличении интенсивности оврагообразования, снижении эрозионной деятельности речных систем и трансформации продольных профилей рек, вызванной частичным заполнением наносами долин. Максимальная мощность отложившегося в долинах материала приурочивается к среднему течению ближе к областям истоков. Высокая интенсивность скрытой эрозии сохраняется, но ее воздействия на рельеф становятся локальными. Увеличение засушливости климата, вплоть до наступления аридного режима, вызывает отмирание рек с сохранением 19 некоторой интенсивности эрозии в верхних звеньях гидрографической сети (склоновые и временные русловые потоки). Речные долины погребаются под наносами бывших притоков. Продукты эрозии перестают выноситься за пределы материка и отлагаются в ближайших понижениях. Химическая денудация значительно убывает, и ее деятельность также в основном ограничивается выносом материала в депрессии. Своеобразно изменяются русловые системы, впадающие в глубокие бессточные озера; - значительное снижение уровней озер может привести к интенсивному врезанию рек [13]. 20 ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДОЛИНАХ МАЛЫХ РЕК ЗАУРАЛЬЯ 3.1. Общие подходы к экологической оценке. Виды и формы воздействия Экологическая оценка эрозионно-русловых систем определяется совокупностью определяющих его эрозионных процессов и форм их проявления в разных звеньях сети водных потоков. Оценка экологической значимости для ЭРС их отдельных компонентов производится по разным критериям, причем роль какого-либо одного фактора можно оценить в единицах измерения, показателях или характеристиках, описывающих его функционирование. Оценка экологического состояния эрозионно-русловых систем предполагает получение обобщающего показателя, который учитывает степень влияния каждого отдельного явления или процесса. Поэтому ее наиболее целесообразно давать в баллах (Чалов, Чернов, 1993), равно как применять балльный подход к оценке экологической значимости каждого компонента, присваивая определенным диапазонам единиц их измерения соответствующий балл [23]. Для оценки экологического состояния ЭРС на территории России выбрано восемь факторов, характеризующих основные неблагоприятные и опасные проявления естественных процессов; антропогенные изменения, созданные ими формы рельефа или степень искусственной трансформации природных объектов: интенсивность смыва почв, почвенноэрозионное загрязнение поверхностных вод фосфором, густота овражной сети и плотность оврагов, заиление и деградация рек, размывы их берегов, механическая измененность русел, антропогенная измененность пойм, измененность рек в районах россыпных месторождений [1, с.100]. Оценка эрозионных факторов производилась по основным эрозионно-русловым системам России. Экологическая напряженность, возникающая в ходе эрозии почв, оценивалась по интенсивности смыва почв (в т/га в год), осредненной по территории конкретного бассейна. Загрязнение поверхностных вод фосфором, как результат смыва почв (почвенно-эрозионное загрязнение) оценено в условной концентрации (мг/л) как масса фосфора в речных наносах склонового происхождения (бассейновая составляющая), отнесенная к объему поверхностного стока. Для характеристики экологической напряженности, связанной с овражной эрозией, применялись два показателя: густота овражной сети (км/км2 ) и плотность оврагов (ед./ км2 ). Заиление рек, которое служит одним из основных факторов экологической напряженности в нижних звеньях эрозионно-русловых систем, отражается в величине сокращения протяженности речной сети, выраженной в % от исходной. Природным фактором, оказывающим большое влияние на экологическое состояние прибрежных территорий, 21 инженерных сооружений, объектов жизнеобеспечения, являются размывы берегов рек. Они оцениваются для малых рек качественно, для средних и крупных рек – в м/год. Эти факторы экологической напряженности образуют динамическую группу, поскольку связаны непосредственно с эрозионными процессами. Вторая группа факторов охватывает антропогенную измененность речных русел и пойм. Это, в первую очередь, механическая измененность русел рек в результате создания инженерных сооружений, проведения гидротехнических, водохозяйственных и мелиоративных работ. Она оценивается по длине механически измененных участков в процентах от общей длины реки [1, с.101]. Антропогенная измененность ландшафтного облика пойм, возникающая в результате механического изменения сельскохозяйственными и мелиоративными работами или при антропогенно обусловленных проявлениях русловых процессов, оценивается качественными критериями. Такие же критерии применены для оценки измененности рек в результате разработки россыпных полезных ископаемых, в основном, на горных и полугорных реках [1, с.101-104]. Критерии и баллы экологической напряженности, присвоенные отдельным факторам, приведены в табл. А1 (Приложение А) Одновременно на экспертном уровне в качестве дополнительной характеристики учитывались сведения о почвенно-эрозионном радионуклидном загрязнении верхних звеньев ЭРС и специфике микробиального стока рек как факторов экологической напряженности. Поскольку степень изученности этих факторов весьма неоднородна по разным ЭРС и даже их составным частям, а иногда на современном этапе просто недостижима (таковы, например, исследования микробиальной составляющей речного стока), они не входят пока в число определяющих экологическую оценку ЭРС. Однако в перспективе они должны быть учтены на равне с другими. Соответственно, со временем потребуется уточнение предложенных схем [1, с.104]. Сумма полученных баллов затем ранжировалась по пятибалльной шкале от 1 до 5. Учитывая максимальную величину суммы (40), первому интегральному баллу соответствует суммаот1 до 8, второму– от 9 до 16, третьему– от 17 до 24, четвертому– от 25 до 32, пятому– более 32. В результате получена картограмма, отражающая оценку современного состояния территории России, связанной с естественными и антропогенными неблагоприятными и опасными проявлениями эрозионных процессов, в пределах выделенных крупных эрозионнорусловых систем России в баллах экологической напряженности (Приложение Б: рис. Б1 и рис. Б2). Исходя из результатов полученной картограммы, малые реки Зауралья относятся к территории с минимальной (или фоновой) экологической напряженностью в 1 балл. В бассейне 22 рек Зауралья в пределах России преобладают площади пашни с интенсивностью смыва 0,5-1,0 т/га год (2 балла) и только в бассейне р. Сакмары интенсивность смыва повышается до2-3 т/га год. Так как при этом увеличивается слой поверхностного стока, условная концентрация фосфора в поверхностных водах не превышает1-5 мг/л. В предгорных районах концентрация фосфора не превышает 1 мг/л. Территория бассейна характеризуется значительным развитием овражной эрозии(4 балла), которая снижается в западном направлении до3 баллов. В горной части бассейна малые реки сохраняют естественное состояние, лишь иногда отмечается слабое их заиление (бассейн р. Салмыша). Самая сильная деградация малых равнинных рек отмечена на Урало-Тобольском междуречье, что связано с очень быстрым массовым освоением, предельной распаханностью водосборов и малыми уклонами рек. Урал и его притоки на большей части своей протяженности текут в размываемых берегах, которые отступают со скоростями до5 м/год. Исключение составляют горные притоки верхнего Урала и верхняя Сакмара. Верховья рек бассейна зарегулированы малыми водохранилищами, а также изменены в ходе разработки россыпных месторождений и отвалами горнорудных предприятий. На территории России известно более 80 россыпных районов. Основные районы разработки россыпных месторождений с обозначением уровня трансформации в них русловых систем показаны на схеме (Приложение В). Уровень трансформации русловых систем зависит, прежде всего, от длительности разработки россыпей и освоенности территории, доли площадей, испытавших отработку россыпей, в общей площади бассейна. Для рек бассейна Урала степень трансформации русел в целом незначительна, хотя месторождения здесь разрабатывались еще в начале XIX в. Сток Урала в среднем течении зарегулирован Ириклинским водохранилищем, построенным в начале1960-х годов. 23 3.2. Интенсивность и специфика воздействия эрозионных процессов Интенсивность эрозии связана с рядом факторов: с количеством осадков и особенностями их выпадения, величиной и режимом стока, топографией местности, характером растительного покрова и почвы, физико-химическими свойствами горных пород и особенностями их выветривания. На процессы эрозии оказывает также влияние деятельность других агентов денудации (ветра, льдов и др.). Для разрешения некоторых, хотя и частных, но весьма важных вопросов, связанных с интенсивностью эрозии, большое значение имеет установление связи между величинами жидкого и твердого стока, а также определение влияния продольного уклона потоков на интенсивность эрозии. Рассмотрим схематически основные факторы [14, с.93]. Влияние расхода воды и уклона на величину твердого стока потоков. Еще в прошлом столетии наметились две различные точки зрения по вопросу о формировании твердого стока рек: одни исследователи совершенно отрицали наличие закономерной связи между гидравлическими характеристиками естественного потока (расходом воды, уклоном и скоростью течения) и величиной стока наносов; другие же считали, что реки могут переносить лишь строго определенное количество наносов, зависящее от гидравлических характеристик потока и свойств транспортируемого материала. Исключительно богатый материал по твердому стоку рек, опубликованный Г.И. Шамовым (1949), позволил провести определение типа связи между расходом воды и мутностью, а также между расходом воды и твердым расходом для значительного числа случаев. При подсчетах использованы средние месячные величины мутности и твердого расхода, вследствие чего корреляция не могла быть точной. Однако в ряде случаев разброс точек на графиках был таков, что позволял находить параметры уравнений связи с ошибкой 1020% и менее. Примеры по Зауралью, характеризующие среднюю величину разброса точек на графиках, приведены на рис. 1. Обычно наиболее далеко от общего поля отскакивала точка, соответствующая тому месяцу, в котором начинается половодье. Мутность воды в этом месяце особенно велика[14, с.94]. 24 Рис. 1. Связь среднемесячных значений мутности ( ρ) и расхода воды ( Q ); цифрами обозначены месяцы. А – р. Урал, г. Чкалов; Б – р. Урал, пос. Кушумский; В – р. Сакмара, с. Сакмара. Насыщенность речного потока. Если мы рассматриваем участок русла достаточной длины (для крупных рек – несколько десятков километров, а для ручьев и временных потоков – несколько сотен метров), то поток можно считать всегда «насыщенным» наносами руслообразующей фракции. Дело в том, что для каждого размера твердых частиц существует некоторая критическая скорость течения, при достижении которой частицы полностью переходят в суспензированное состояние, становятся как бы частью самого потока и для своего перемещения требуют сравнительно ничтожной затраты энергии, не больше, чем требуют частицы самой жидкости, если бы они имели удельный вес, равный удельному весу данного твердого вещества [14, с.95-96]. При транспортировании в трубах, со скоростью выше критической, взвешенного в воде грунта (пульпы) потери напора, выраженные высотой столба транспортируемой пульпы, остаются такими же, как если бы в трубопроводе двигалась чистая вода. Подобно этому и в открытом русле при той концентрации наносов, которая обычно имеет место, потери напора при установившемся равномерном режиме практически «не зависят от количества и крупности переносимых потоком взвешенных веществ, если только скорости превышают критические» (Леви, 1948). Огромная потеря энергии на отрыв частиц от дна и преодоление их трения друг о друга являются причиной того, что при данной живой силе поток может перемещать ограниченное и в сущности очень небольшое количество материала, крупность частиц которого выше критической, т. е. поток является обычно полностью « насыщенным» руслообразующими наносами [14, с.97-98]. Ненасыщенность воды наносами наблюдается в потоках талой воды (снежницы), когда они изолированы от грунта слоем плотного снега или льда (в начале снеготаяния). Только в этом случае естественные потоки не насыщены руслообразующими наносами [14, с.98]. 25 Влияние формы продольного профиля на интенсивность эрозии. Влияние этого фактора на эрозионный процесс было рассмотрено Н.П. Чеботаревым (1949). Для того, чтобы рассмотреть явление в простейшей схеме, надо принять два условия: 1) распределение уклона по длине реки было вызвано причинами, не зависящими от работы ее потока; 2) распределение стока по длине русла характеризуется постепенным нарастанием расхода воды к устью [14, с.103]. Есть три основные формы профилей: 1) уклоны вниз по течению увеличиваются (выпуклый продольный профиль), 2) уклоны на всем протяжении одинаковые и 3) уклоны уменьшаются вниз по течению (вогнутый профиль). Если принять, что общее падение и длины потоков во всех трех случаях одинаковы, а рост расхода воды от истоков к устьям происходит согласно типичному для рек умеренного климата уравнению: Q = K q L1/2 (1) ,где L – длина русла, K q – постоянная для всех трех случаев величина. Напомним, что твердый расход приблизительно пропорционален произведению уклона на квадрат расхода воды: R = AJQ2 (2) ,где A – «эрозионный» коэффициент, J – уклон, Q – расход воды. Если судить об интенсивности эрозии по величине приустьевого расхода наносов, то эрозия будет в нервом случае больше, чем в третьем, приблизительно во столько раз, во сколько больше уклон в устье. Таким образом, выпуклый продольный профиль соответствует наиболее интенсивному выносу твердого материала в приемный бассейн; при равномерном уклоне (второй случай) эрозия будет слабее, чем в первом, и сильнее, чем в третьем случае [14, с.103]. Влияние рассеченности рельефа на эрозию. От рассеченности поверхности территории зависит средняя крутизна склонов и, следовательно, эрозионная деятельность тех бесчисленных мелких потоков, которые составляют верхнее звено гидрографической сети. Рассеченность рельефа равнин в основном зависит от глубины врезания речных долин и их густоты. Склоны долин, пересекающих равнины, иногда настолько круты, что мелкие притоки первого порядка имеют горный характер. На территории долин рек Зауралья, значения уклонов составляют не более чем 10 , что вполне достаточно, чтобы потоки в рассеченных местах имели довольно спокойный характер [14, с.113]. 26 Для определения среднего уклона территории в настоящее время используется несколько способов, то более, то менее точных (Соболев, 1948; Протодьяконов, 1925; Вахтин, 1930; Манохина, 1939; Ченцова, 1948; Волков, 1950, и др.); имея точную гипсометрическую карту, можно получить удовлетворительное представление о порядке этой величины. Однако средний уклон весьма приблизительно характеризует интенсивность эрозии, так как при одной и той же его величине снос материала с выпуклого склона может в несколько раз превышать снос со склона вогнутого. Поэтому, кроме среднего уклона, необходимо иметь еще типовые профили склонов, без составления которых характеристика «энергии рельефа» остается нераскрытой. Влияние на эрозионный процесс физического, химического и биологического выветривания. Эрозия скальных пород происходит, как уже упоминалось, в результате совместного действия размыва и выветривания. Поток сносит рыхлый слой, защищающий коренную породу от дальнейшего выветривания, выламывает отдельные обломки породы, связь которых с монолитом ослабилась, выносит продукты растворения и поставляет все новые и новые количества солей и кислот, стимулируя этим процесс растворения и процессы реакций обмена, видоизменяющие вещество породы [14, с.121]. На поверхности породы, подвергавшейся действию водных растворов, видны выступающие и почти отчлененные зерна минералов. «Достаточно небольшого механического усилия текущей воды, чтобы отпрепарированные растворением, выступающие вперед зерна были оторваны от среза породы и вынесены, прочь» (Гвоздецкий, 1950). Интенсивность растворения при прочих равных условиях зависит от величины стока воды с данной территории и степени насыщенности вод углекислотой. В небольших стоках малых рек растворение проходит неинтенсивно, так как при малой циркуляции воды медленно происходит поступление новых порций растворителя и удаление насыщенного раствора. Исходя из того, что большая часть долин малых рек Зауралья находится в пределах умеренно теплого климата, можно сказать о достаточной активности организмов. Их деятельность приводит к насыщению этих вод углекислотой, играющей большую роль в процессах растворения (Birot, 1950). На интенсивность растворения, несомненно, оказывают влияние органические кислоты, возникающие при процессах почвообразования. Кислая реакция почвенных растворов в первую очередь способствует интенсивному выносу органических соединений. Воды рек подзолистой зоны несут огромные количества органических веществ, составляющих до 50-70% сухого остатка (Вернадский, 1936). 27 Если применить явление зональности в процессах выветривания на территории Зауралья, то это можно рассмотреть по следующей схеме: На севере, востоке и в западной части территории химическое выветривание и выветривание биологическое преобладают над физическим выветриванием; интенсивность последнего, по-видимому, вообще снижается, вследствие менее резких колебаний температуры, защитного действия растительного покрова, а главное – в результате образования коры мелкоземистого элювия, покрывающего поверхность коренных пород. Исключительно мелкое дробление частиц (до коллоидных фракций включительно) приводит к образованию глинистого элювия, широкое распространение которого – характерная особенность гумидных зон [14, с.122]. В центральной части и при дальнейшем движении на юг химическое выветривание и особенно выветривание биологическое затухают, преобладает выветривание физическое. Вследствие слабого стока происходит относительное обогащение элювия солями, главным образом карбонатами щелочноземельных и щелочных металлов. В процессе физического выветривания, наряду с резкими изменениями температур, большую роль играет ветер, постоянно перемещающий, перетирающий и сортирующий огромные массы материала. Вопрос о мощности слоя, подвергающегося выветриванию, несомненно, имеет большое значение для правильного понимания ряда явлений, связанных с русловой эрозией [14, с.123]. О глубине распространения выветривания обычно судят по ряду визуальных признаков: изменению твердости и окраски породы, наличию трещин, образованию кристаллов гипса, железистых и карбонатных стяжений. Если судить по данным подобных определений, то можно установить, что мощность слоя выветривания возрастает по мере увеличения влажности и температуры (Герасимов, 1943). Однако глубина проникновения процессов выветривания значительно больше той, которую устанавливают по видимым глазу изменениям породы. Микроорганизмы обнаруживаются в кернах буровых скважин до глубины порядка 1000 м (Лаптев, 1939). Циркуляция подземного стока вод также не ограничивается слоем, который прорезан речными долинами, и, по-видимому, в ряде случаев происходит на глубине ниже уровня океана (Саваренский, 1935; Каменский, Силин-Бекчурин и Соколов, 1949, и др.). В Зауралье вблизи гор карстовые полости встречаются на глубине порядка 1000 м, причем в долинах рек Вишеры и Б. Кизил карстовые полости обнаруживаются на глубине 350 м ниже уровня моря и 555-600 м ниже дна рек (Гвоздецкий, 1950). 28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе всего вышеизложенного материала можно сделать следующие основные выводы. 1. На сегодняшний день, состояние малых рек в России в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них оценивается как катастрофическое, многие находятся на грани исчезновения. Если говорить о малых реках Зауралья, то они имеют довольно неблагоприятное состояние. Сток этих рек заметно сокращается с каждым годом. Начинает расти число рек, прекращающих свое функционирование. 2. Процесс разрушения, или размывания горных пород текучими водами называется эрозией. Эрозия, в свою очередь, состоит из двух процессов: механического размывания горных пород – истирания дна твердыми обломками и химического растворения горных пород. Процессы эрозии обычно сопровождаются аккумуляцией. Продукты разрушения перемещаются водой, как в обломочном, так и в растворенном виде. Работа текучих поверхностных вод охватывает значительные площади. Наиболее важную роль играют реки. В результате эрозионноаккумулятивной деятельности рек образуются речные долины. 3. Наиболее актуальные методы исследования эрозионных процессов в долинах малых рек Зауралья: метод определения посредством подсчета объема удаленного вещества; метод определения по объему транспортируемого материала; метод определения по геоморфологическим признакам. Но только при их комплексном рассмотрении можно дать объективную оценку эрозионному процессу. 4. Исходя из положений о связи между эрозионными процессами и основными факторами ландшафтообразования, следует вывод, что эрозионные процессы имеют довольно заметную связь с климатической зональностью. 5. После изучения материала по составлению экологической оценки ЭРС, мы подвели итог, что в целом малые реки Зауралья относятся к территории с минимальной (или фоновой) экологической напряженностью в 1 балл. 6. Основные факторы, влияющие на интенсивность эрозии в долинах малых рек: связь расхода воды и уклона поверхности с величиной твердого стока потока; насыщенность речного потока; продольный профиль; рассеченность рельефа долины; физическое, химическое и биологическое выветривание. 29 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. Белоцерковский М.Ю., Беркович К.М., Виноградова О.В., Добровольская Н.Г., Злотина Л.В., Зорина Е.Ф., Иванова Н.Н., Кирюхина З.П., Ковалев С.Н., Литвин Л.Ф., Сидорчук А.Ю., Чалов Р.С., Чернов А.В. Экология эрозионно-русловых систем России. ; Под ред. Чалова Р.С. – М.: Географический ф-т МГУ, 2002. – 163 с. Гвоздецкий Н . А . Карст. М., 1950. Герасимов И.П. О движении почвенно-грунтовых масс на склонах // Почвоведение. 1941. № 7-8. Герасимов И . П . Современные проблемы геоморфологии Казахстана. Алма-Ата, Казахск. филиал АН СССР, 1943. Геренчук К.И. Речные системы и тектонические структуры //Геологический сборник Львовского геологического об-ва. № 5-6. 1958. Гидрология суши: термины и определения. ГОСТ 19179-73. - М.: Изд-во стандартов, 1978. Гришин И.С. Влияние метелей на аккумуляцию снега // Метеорология и гидрология. 1952. №12 Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань Изд-во Казанского ун-та, 1984. 264 с. Ермолаев С.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань Изд-во Казанского ун-та, 1992. 14 в с.132 Лаптев Ф . Ф . Агрессивное действие воды на карбонатные породы, гипсы и бетоны. М. – Л., 1939. Лелявский Н . С . О речных течениях и формировании речного русла. «Тр. 2-го съезда инженеров-гидротехников в 1893 г.». СПб., 1893. Ленных И. В. Геоморфология и мезо-кайнозойские отложения бассейна р. Уй на Южном Урале. В кн. «Материал по геоморфологии Урала», вып. 1. М. – Л.,1948. Маккавеев Н.И. Эрозионно-аккумулятивные процессы и рельеф русла реки. Избранные труды. М.: изд-во МГУ. 1998. – 285с.: илл. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Географический факультет МГУ. 2003. – 355 с.; илл. Максимович Г.А. Химическая денудация Земли // Доклады АН СССР. Том 93. 1953. № 4. Марков К.К. Основные проблемы геоморфологии. М.: Географгиз. 1948. Распопов М.П. Вопросы влагообразования в почво-грунтах // Известия ВГО. Том 89. 1957. № 2. Сидорчук А.Ю. Эрозионно-аккумулятивные процессы на Русской равнине и проблемы на Русской равнине и проблемы заиления малых рек / Труды Академии водохозяйственных наук. Вып.1 «Водохозяйственные проблемы русловедения». М., 1994, с.74-83 Соколовский Д . Л . Водные ресурсы рек промышленного Урала и методика их расчета. «Тр. н. - исслед. учреждений», серия 4, Гидрология суши, вып. 7. Свердловск – Москва, 1943. Соколовский Д.Л. Некоторые вопросы теории формирования и методика расчета максимального дождевого стока // Труды Гос. гидролог. ин-та. Вып. 6. 1957. Состояние малых рек России. Доклад на заседании Государственной Думы РФ от 18.03.2004. По материалам сети Internet. Федосеев А.П. Использование показателя глубины промачивания почвы весной в качестве прогностического признака // Метеорология и гидрология. 1957. № 3. Чалов Р. С., Чернов А. В. Районирование территории России по экологическому состоянию речных русел и пойм// Проблемы оценки экологической напряженности территории России: факторы, районирование. М.: Изд-во МГУ. 1993. 30 24. 25. 26. 27. 28. Чалов Р.С. Типы русловых процессов и принципы морфодинамической классификации речных русел // Геоморфология. М.,1996. 1. 26-35 с. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. М.: МГУ, 1979. 232 с. Чеботарев Н . П . Закономерности эрозионных явлений в зависимости от формы продольного профиля. «Тр. юбилейной сессии, посвященной столетию со дня рождения В.В. Докучаева». М. – Л., АН СССР, 1949. Вirоt P. Notes sur le problème de la desagrégation des roches eristalline. «Rev. de géomorph. dynamique», 1950, 6. Davis W . М . The geographical cycle. «The Geograph. Journ.», 1899, vol. 14, № 5. Davis W . М . Die erklärende Beschreibu ng der Landformen. Leipzig und Berlin, 1912. 31 ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблица А1. Критерии оценки экологической напряженности по факторам, их определяющим Густота овражной сети, км/км^2 Плотность оврагов, ед./км^2 0 – 2,5 очень слабая или отсутствует 0–1 очень слабая < 0,011 очень слабая ≤0,011 очень слабая 2 2,5 – 5 слабая 1–5 слабая 0,011- 0,02 слабая 0,011 – 0,1 слабая 3 5 – 10 средняя 5 – 10 средняя 0,021 – 0,1 умеренная 0,11 – 0,5 умеренная 4 10 – 20 сильная 10 – 20 сильная 0,11 – 0,5 значительная 0,51 – 2,0 значительная 5 > 20 очень сильная > 20 очень сильная 0,51 – 1,3 сильная 2,1 – 5,0 сильная Баллы Почвенно-эрозионное загрязнение поверхностных вод фосфором, мг/л Овражная эрозия Интенсивность смыва почв, т/га в год Эрозия почв 1 32 Продолжение Таблицы А1 Механическая измененность русел рек(% от длины участка реки) < 10 Антропогенная измененность пойм неразмываемые < 1 м/год Измененность рек в районах россыпных месторождений < 10 слабое Размывы берегов рек, м/год Заиление малых рек(сокращение протяженности речной сети, %) Русловые процессы неосвоенные месторождения, незначительные изменения слабая незначительные изменения с очаговым промышленным загрязнением до20 % умеренное слаборазмываемые 1-2 м/год слабо измененные 10-25 до35 % сильное среднеразмываемые 2-5 м/год средне измененные 25-50 средняя степень изменения с промышленным загрязнением сильноразмываемые 5-10 м/год сильно измененные 50-90 высокая степень изменения с промышленным загрязнением очень сильно измененные > 90 высокая степень изменения с длительной историей освоения и высокой степенью нарушенности всего бассейна > 40 % очень сильное > 65 % катастрофическое очень сильно размываемые > 10 м/год средняя сильная очень сильная механическое изменение пойм в пром. узлах и районах добычи полезных ископаемых 33 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Рис.Б1. Экологическая напряженность эрозионно-русловых систем России (в баллах): 1 – фоновая(1); 2 – слабая(2); 3 – средняя(3); 4 – высокая(4); 5 – границы бассейнов основных рек; 6 – границы бассейнов выделенных притоков Рис.Б2. Осредненная экологическая напряженность ЭРС России (в баллах): 1 – фоновая(1); 2 – слабая(1-2);3 – средняя(2-3); 4 – высокая(3-4) 34 ПРИЛОЖЕНИЕ В Рис.В1. Расположение основных районов отработок россыпей и уровень их трансформации. Уровень трансформации: 1 – минимальный; 2 – средний; 3 – максимальный 35