Казанский Приволжский федеральный университет А В Гусаров В

Казанский (Приволжский) федеральный университет А. В. Гусаров, В. В. Мозжерин Антропогенное усиление бассейновой составляющей стока взвешенных наносов рек Северной Евразии Ижевск – 2012

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Общие сведения о составляющих стока наносов Общая схема формирования стока наносов рек и функционирования систем эрозии на равнинах Земли а – русловая система эрозии (естественные лесные ландшафты гумидных областей); основной источник поступления речных наносов – эрозия в русле реки и на ее берегах, роль продуктов бассейновой денудации второстепенна; б – бассейновая система эрозии (естественные безлесные ландшафты аридных, семиаридных и перигляциальных областей и антропогенно модифицированные ландшафты); основной источник поступления речных наносов – процессы механической денудации на речном водосборе; эрозия в русле реки имеет подчиненное значение. Толщина стрелок отражает относительную интенсивность процесса.

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Классификация способов расчленения стока наносов Группировка методов расчленения современного стока наносов на русловую и бассейновую составляющие

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Характеристика исходного материала Распределение антропогенно ненарушенных речных бассейнов и стока наносов рек по природным зонам Природная зона Количество пунктов наблюдения Период наблюдения за стоком наносов, лет Зональные значения Площадь бассейна, тыс. км 2 Средняя высота бассейна, м Тундра и лесотундра 2 2 140 Степь 1 Полупустыня умеренного пояса 17 В целом 9, 1 160 Лесостепь 1, 6 19 Широколиственный лес стока взвешенных наносов, т/км 2∙год 2 Тайга стока воды, л/с∙км 2 43 21 1, 75 395 Примечание. В числителе дроби – средние значения, первое число знаменателя дроби – минимальное значение, второе число знаменателя дроби – максимальное значение.

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Пример расчленения графика мутности. Расчленение графиков мутности Достоинства способа: 1. Высокая наглядность и относительная простота процедуры расчленения. Недостатки способа: 1. Сложность получения детального графика мутности; поскольку отбор проб на мутность ведется раз в декаду или даже раз в месяц, график мутности приходится строить на основе корреляционной связи мутности с расходами воды, которые во времени очень неустойчивы. 2. Неопределенность линии срезки: соединение значений мутности до и после половодья или паводка прямой линией подразумевает неизменность величины русловых размывов, хотя известно, что при прохождении высоких половодных расходов происходит наиболее интенсивное переформирование русла.

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Расчленение графиков мутности Соотношение доли русловой и бассейновой составляющих стока наносов рек в естественных условиях различных природных зон равнин, определенное расчленением хронологических графиков расхода наносов Природная зона Доля русловой составляющей стока наносов ω1 , % Бассейновая составляющая стока наносов в долях зоны широколиственных лесов Тундра и лесотундра 2, 7 : 1, 0 Тайга 1, 6 : 1, 0 Широколиственный лес 1, 0 : 1, 0 Лесостепь 2, 4 : 1, 0 Степь 3, 4 : 1, 0 Полупустыня умеренного пояса 3, 4 : 1, 0 Примечание. В числителе дроби – средние значения, в знаменателе – минимальное и максимальные значения, в скобках – число бассейнов.

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Пример оценки доли русловой составляющей по значениям меженного стока наносов. Экстраполяция связи между Qмеж. и Rмеж. Достоинства способа: 1. Меньшие требования к детальности отбора проб на мутность. Недостатки способа: 1. Экстраполяция связи между меженными расходами воды и наносов до среднегодовых значений без учета ее нелинейности. 2. Невозможность учета возрастания размывающей способности потока в половодье, поскольку допускается, что связи между расходами воды и наносов, установленные для межени, действуют в течение всего года. Связь между меженными расходами воды и взвешенных наносов Слева – р. Кама, с. Волосницкое (таежная зона); справа – р. Дема, с. Бочкарево (степная зона).

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Экстраполяция связи между Qмеж. и Rмеж. Соотношение доли русловой и бассейновой составляющих стока наносов рек в естественных условиях различных природных зон равнин, определенное экстраполяцией связи между меженными значениями стока воды и стока наносов до годовых значений стока воды Бассейновая составляющая стока наносов в долях зоны широколиственных лесов Средние значения доли русловой составляющей по 2 методам ω1 , % Тундра и лесотундра 2, 5 : 1, 0 38 ± 15 Тайга 1, 2 : 1, 0 66 ± 6 Природная зона Доля русловой составляющей стока наносов ω1 , % Широколиственный лес 1, 0 : 1, 0 76 ± 11 Лесостепь 3, 1 : 1, 0 34 ± 17 Степь 2, 2 : 1, 0 32 ± 58 Полупустыня умеренного пояса 3, 7 : 1, 0 16 ± 3 Примечание. В числителе дроби – средние значения, в знаменателе – минимальное и максимальные значения, в скобках – число бассейнов. График корреляции между значениями доли продуктов русловых размывов в естественных условиях природных зон равнин, рассчитанными расчленением графиков мутности (1 метод) и экстраполяцией связи между меженными значениями стока воды и наносов до годовых величин стока воды (2 метод) r – коэффициент прямолинейной корреляции; 2 – коэффициент достоверности аппроксимации R

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Исходный материал и методика оценки антропогенного усиления… Зональные значения стока воды и стока взвешенных наносов по бассейнам различной категории освоенности 7, 5 6, 4 II 58 6, 3 8, 5 16 5, 5 66, 0 2 4, 2 3, 2 II 21 6, 0 14, 1 55 5, 0 138, 8 2 0, 9 1, 0 II 15 3, 2 14, 3 18 3, 5 41, 2 I 1 1, 6 9, 1 II 28 1, 7 18, 1 III Полупустыня умеренного пояса 65 III Степь 12, 8 I Лесостепь 10, 7 III Широколиственный лес 3 I Тайга I III Тундра и лесотундра Число бассейнов Среднее значение модуля стока взвешенных наносов, т/км 2∙год I Природная зона Среднее значение модуля стока воды, л/с∙км 2 41 2, 0 25, 5 I 20 0, 7 2, 7 II 5 1, 3 8, 7 Условия на определение антропогенного усиления бассейновой составляющей 1. Весь прирост стока взвешенных наносов в освоенных бассейнах в первом приближении полностью соотносится с бассейновой составляющей. Категория антропогенной освоенности 2. При известных значениях модуля стока воды Q и стока взвешенных наносов R можно прогнозировать модуль стока взвешенных наносов руслового происхождения R′ и соответственно долю русловой составляющей ω в общем стоке взвешенных наносов R: Индекс «I» означает принадлежность показателя бассейнам 1 категории освоенности (природным бассейнам).

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Доля русловой составляющей стока взвешенных наносов по бассейнам различной категории освоенности II 58 56 16 5 2 75 II 21 35 55 2 2 30 II 15 30 18 12 I 1 31 II 28 18 III Полупустыня умеренного пояса 100 III Степь 65 I Лесостепь 68 III Широколиственный лес 3 I Тайга I III Тундра и лесотундра Число бассейнов Доля продуктов руслового происхождения, % I Природная зона Категория антропогенной освоенности 41 18 I 20 14 II 5 14

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Соотношение осредненных по природным зонам доли русловой и бассейновой составляющих в речных бассейнах равнин Северной Евразии Число бассейнов Средний балл освоенности Средняя доля русловой составляющей по всем бассейнам ω, % 3 1, 0 68 32 0, 52 Тайга 139 1, 6 71 29 0, 85 Широколиственный лес 78 2, 7 13 87 3, 62 Лесостепь 35 2, 5 21 79 1, 20 Степь 70 2, 6 18 82 1, 21 Полупустыня умеренного пояса 25 1, 2 15 85 1, 01 Природная зона Тундра и лесотундра Средняя доля бассейновой оставляющей по всем бассейнам (100 – ω), % Увеличение доли бассейновой оставляющей над той же долей неосвоенных бассейнов Превышение фактической доли бассейновой составляющей стока взвешенных наносов рек (100 – ω) той же доли в бассейнах I категории освоенности (100 – ω1) по природным зонам равнин Северной Евразии 1 – тундра и лесотундра; 2 – тайга; 3 – широколиственный лес; 4 – лесостепь; 5 – степь; 6 – полупустыня умеренного пояса 2 – коэффициент криволинейной корреляции; η R 2 – коэффициент достоверности аппроксимации

Антропогенное усиление бассейновой составляющей… Заключение Общие выводы: 1. Для определения в современном стоке наносов рек доли продуктов русловых размывов и бассейновой денудации в настоящее время применяется группа методов, различающихся по предмету исследования, особенностям исходного материала, способам проведения и обеспечиваемой точности. Среди всего многообразия методов подлинно общее значение имеют методы анализа объема и внутригодовой структуры стока наносов, а также гранулометрического состава речных наносов. 2. Соотношение доли русловой и бассейновой составляющих в современных естественных условиях подчиняется общей географической зональности, определяемой в первую очередь характером и густотой растительного покрова. В лесных ландшафтах (тайга, смешанные и широколиственные леса) в стоке наносов преобладают (до 70 – 80 %) продукты русловых размывов. К северу и к югу от лесной зоны по мере сокращения залесенности речных бассейнов интенсивность денудации переносится на речной водосбор, и в стоке наносов начинают преобладать частицы бассейнового происхождения, максимальная доля которых (до 80 %) приходится на зону полупустынь умеренного пояса. Изменение структуры денудации отражается на объеме, внутригодовой динамике, составе и строении речных наносов. 3. Повышение антропогенной освоенности поверхности речных бассейнов, проявляющейся через уничтожение естественной растительности и распашку земель, повсеместно приводит к возрастанию объема транспортируемого реками материала и повышению доли бассейновой составляющей в стоке взвешенных наносов. Наиболее чувствительные приращения (20 – 30 -ти кратные) этой доли отмечаются в лесных ландшафтах, – где доля продуктов бассейновой денудации в естественных условиях остается очень небольшой. Менее заметны (1, 5 – 2, 5 -ой кратные), но также неизбежны повышения той же доли в безлесных ландшафтах – в первую очередь, степи и полупустыни умеренного пояса, – в которых даже в естественных условиях интенсивность площадной денудации превышает интенсивность эрозии в речном русле. 4. Указанные зависимости позволяют составить два сценария изменения доли бассейновой составляющей в стоке взвешенных наносов в зависимости от антропогенной освоенности поверхности бассейнов. В «оптимистическом» прогнозе, допускающем полный возврат освоенных земель в первоначальное (естественное) состояние, возможно почти двукратное сокращение и объема взвешенных наносов, и доли бассейновой составляющей в нем. В «пессимистическом» прогнозе при полном освоении всех пригодных земель возможно почти трехкратное увеличение объема взвешенных наносов и доли бассейновой составляющей по сравнению с современным уровнем.

Спасибо за внимание!