EVALUATION OF POTENTIAL WATER EROSION OF HYDROGRAPHIC DEMARCATION OF MANABI, ECUADOR

Cover Page

Abstract


Water erosion is the most essential reason of destruction of soils in the whole world. So, in Asia, from the 747 million hectares of earth suffering from erosion, 60% correspond to water erosion; in Africa from 497 million, 46%; in South America, from 243 millions, 51%; in Europe, from 219 million, 53%; 106 millions in a North and Central America, Bifani (1984). The same author specifies that, the phenomenon of erosion is closely related to the phenomenon of settling. The process of water erosion is usually measured on volume alluviums. The Rivers Ganges, Brahmaputra and Huang He, transport 1451, 726 and 1887 million tons annually, respectively, as compared to the rivers Mississippi, Amazon and Nile, that carry only 97, 63 and 31 tons on the square kilometer of basin (Holeman, 1968) [9].Erosion of soil in Ecuador is a serious ecological problem that affects greater part of country in one or another degree. The use of methods of prognostication of washing off of superficial fertile layer of soils from fallouts did not get wide use, as numerous researches were directed to on a quantitative estimation speed of erosion for the different types of land-tenure in the off-shore zones of river basins, and only not many were concentrated on prognostication of erosive processes on all territory. In 1986 the Ecuadorian Center of Geographical Researches (CEDIG), for the first time conducted the row of the researches related to the capture of common data about the problems of erosion in a country [4].In this paper, based on actual data on rainfall in 51 years and the composition of the soils, was carry out the estimation of potential water erosion for Hydrographic Demarcation of Manabi (Ecuador).


Гидрографическая демаркация Манаби одна из 9 в Республике Эквадор, имеющая площадь 11483,70 км 2 , которая составляет 4,5% всей территории страны. На западе омывается Тихим океаном и расположена на северо-западе Эквадора (рис. 1). Водная эрозия - процесс разрушения почв, который тесно связан с объемом и интенсивностью дождевых осадков. Влияние энергии дождя на почву тем больше, чем меньше растительного покрова, с одной стороны. С другой стороны, состав грунта является еще одним важным фактором, участвующим в этом процессе. Рис. 1. Расположение гидрографической демаркации Манаби При исследовании были использованы следующие данные: - цифровая модель рельефа гидрографической демаркации Манаби разрешением 76 м [8]; - многолетние среднегодовые дождевые осадки 34-х метеорологических станций гидрографической демаркации Манаби, в период 1963-2013 годов [1; 2]; - гидрогеологическая карта Эквадора [8]; - всемирная карта классификации почв[7]. Методологическ ий подход Для оценки действительной водной эрозии использовано универсальное уравнение разрушения почвы (USLE - Universal Soil Loss Ecquation), разработанное департаментом сельского хозяйства Службы охраны почв США (USDA SCS; сейчас Natural Resources Conservation Service, NRCS): где А - годовая потеря почвы, т/га; R - фактор дождевых осадков, МДж·мм/ (га·час); K - фактор размываемости почв, т·га·ч/(МДж·мм·га); L - фактор длины склона, о.е.; S - фактор уклона склона; C - коэффициент покрова почвы, о.е.; P - фактор практики сохранения почв, о.е. При определении потенциальной водной эрозии, факторы C и P равны единице и уравнение (1) приобретает вид: В рисунке 2 приведена структурная схема последовательности расчетов с помощью гидрографических информационных систем (ГИС). Рис. 2. Структурная схема процесса получения растра потенциальной водной эрозии Фактор дождевых осадков R определяется в зависимости от максимальной интенсивности дождя за 30 мин и от ее кинетической энергии. Важное место в расчетах имеет удельная кинетическая энергия, которая определяется для каждого интервала с равномерным значением интенсивности дождя, по формуле Wischmeier-Smith 1978 [5] где I - интенсивность дождя для каждого рассчитанного интервала, мм/ч. Энергия дождя будет где P - дождевой осадок для каждого рассчитанного интервала, мм. Сложение значений всех удельных энергии, умноженных на интенсивность дождя за 30 мин даст значения EI события. Годовой фактор R рассчитывается путем сложения всех значений EI имеющихся за год. На основе многолетних среднегодовых значений фактора R для гидрографической демаркации Манаби (табл. 1), с помощью ГИС, построен растр фактора R (рис. 3). Таблица 1 Многолетние среднегодовые значения фактора R-USLE [Long-term average annual values of a factor of R-USLE] № п/п Код метеостанции Координаты UTM (WGS1984, 17S) Многолетние среднегодовые осадки, мм Фактор R-USLE, МДж·мм/(га·ч) XY 1 М005 559523 9884982 528,0 77,07 2 М006 671167 9878373 2156,7 2042,40 3 М026 684860 9947353 2768,8 3587,50 4 М047 529608 9896745 397,2 38,41 5 М074 535232 9894995 270,2 14,53 6 М160 671939 9968948 2650,3 3251,41 7 М162 599186 9922067 1233,4 569,67 8 М163 588400 9937145 1190,7 525,18 9 М165 561350 9905400 454,1 53,40 10 М166 587791 9845734 1657,2 1122,19 11 М167 580800 9977125 778,8 194,88 12 М168 605098 9993552 1036,9 381,07 13 М169 540911 9836412 990,6 342,63 14 М171 566617 9823940 1308,6 652,99 15 М296 587159 9909725 847,6 237,90 16 М297 579744 9926307 705,8 154,41 17 М298 568607 9871041 859,8 246,03 18 М446 593441 9959038 767,5 188,30 19 М447 564710 9858637 1024,3 370,39 20 М448 541813 9872580 378,4 34,08 21 М449 545983 9860943 530,1 77,79 22 М450 521785 9875161 443,1 50,30 23 М451 551325 9836471 994,6 345,86 24 М452 605084 9896272 1472,6 856,52 25 М453 534613 9883481 609,9 109,03 26 М454 578716 9883443 891,3 267,69 27 М455 540758 9847496 459,0 54,83 28 М456 582963 9969540 480,3 61,23 29 М457 529325 9850844 416,0 43,07 30 М458 554628 9823913 1131,9 467,12 31 М459 545421 9825480 1671,5 1144,48 32 М462 588084 9896706 1058,6 399,87 33 М464 585361 9885407 1234,5 570,84 34 МА29 589006 9876563 1287,8 629,35 35 COMP 507285 9883367 579,00 96,24 36 COMP 549661 9795165 949,00 309,98 37 COMP 624697 10054669 2035,00 1790,55 Окончание табл. 1 Рис. 3. Растр фактора R-USLE гидрографической демаркации Манаби Фактор размываемости почв K (рис. 4). Существуют несколько методов для косвенной оценки фактора размываемости почвы. Среди них, распространено уравнение Шарпли-Виллиамс (1990) [3; 10] откуда где m s , m silt и m c - доля песка, ила и глины, содержащихся в почве, %; orgС - содержание органического углерода. Рис. 4. Растр фактора K-USLE гидрографической демаркации Манаби Данные почвенных переменных взяты из мировой карты, разработанной Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных наций (FAO - Foodand Agriculture Organization of the United Nations)[7]. Фактор рельефа LS. Определение факторов L и S проводится посредством ГИС по формулам [6]: При использовании в ГИС формула имеет вид: где A (i,j) - часть площади бассейна, пиксель; D - размер пикселя; x - фактор коррекции формы. Рис. 5. Растр фактора LS-USLE гидрографической демаркации Манаби Фактор S зависит от уклонов β склонов бассейна. Варианты определения β (McCOOL, 1987, 1989): - при tan β (i,j) < 0,09 Произведение растров L и S дает растр рельефа LS (рис. 5). Согласно процессу (см. рис. 2), полученный растр соответствует потенциальной водной эрозии (рис. 6). Продовольственная и сельскохозяйственная организация объединенных наций (FAO) классифицирует водную эрозию определенным образом (табл. 2). Рис. 6. Растр потенциальной водной эрозии гидрографической демаркации Манаби Таблица 2 Классификация водной эрозии [FAO, 1980] [Classification of a water erosion [FAO, 1980]] Уровень Потеря почвы (т/га/г) Тип эрозии Уровень Потеря почвы (т/га/г) Тип эрозии 1 < 0,5 Нормальная 4 15-50 Сильная 2 0,5-5 Незначительная 5 50-200 Очень сильная 3 5-15 Умеренная 6 > 200 Катастрофическая Выводы 1. Фактор R, характеризующий процесс эрозии в зависимости от кинематической энергии дождей и колеблется в пределах 4,71-2147,48 МДж·мм/(га·ч). Наибольшие значения получены в южной и северной зонах демаркации. 2. Фактор K, выражающий потенциал размыва почв в зависимости от содержания песка, ила, глины и органического углерода варьируется в интервале 0,0139-0,0196 т·га·ч/(МДж·мм·га). Наибольшие знания получены на юго-востоке и на западе демаркации. 3. Фактор LS, выражающий состояние уклонов водосборного бассейна, изменяется в пределах 0,03-217,32. Наибольшие уклоны местности имеются на юге, на севере и на востоке демаркации. 4. Наиболее пострадавшие от потенциальной водной эрозии бассейны демаркации Манаби следующие: на юге - 15134, 15135 и 15136; на севере - 15191, 15192, 15193, 15194, 15195 и 15196; и на востоке - 15144, 15149, 15168, 15169, 15166 и 15162. 5. Потенциальная водная эрозия демаркация Манаби находится в пределах 0,00-1300,00 т/га/г. Согласно классификации FAO выделяются 6 типов водной эрозии (табл. 2) и потенциальная водная эрозия по указанным группам распределяется следующим образом (рис. 7). Рис. 7. Процентное распределение потенциальной водной эрозии, % 6. Критические значения потенциальной водной эрозии (сильная, очень сильная и катастрофическая) в сумме составляют 41%, что охватывает существенную часть территории. Данное значение необходимо уменьшать за счет реализации соответствующих планов по восстановлению лесов и созданию экологических практик для защиты водосборных бассейнов, особенно на тех водосборах, где планируется проектирование и строительство гидротехнических сооружений для регулирования стока.

Campos Antonio Fermin

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: arcangelitok@yahoo.com
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

Graduate student of the Department “Architecture and Construction”, Engineering Academy, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University). Research interests: hydraulics and engineering hydrology

E K Sinichenko

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: sinichenko_ek@pfur.ru
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

Ph.D., Associate Professor of the Department “Architecture and Construction”, Engineering Academy, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University). Research interests: hydraulics and engineering hydrology

I I Gritsuk

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University); Water Problems Institute Russian Academy of Science

Email: gritsuk_ii@pfur.ru
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198; Gubkina str., 3, Moscow, Russia, 119333

Ph.D., Associate Professor of the Department “Architecture and Construction”, Engineering Academy, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University). Senior researcher laboratory of “Channel flow dynamics and ice thermal conditions”, Russian academy of sciences Water problems institute. Research interests: hydraulics, engineering hydrology, ice thermal conditions

  • Kampos Sedeno A.F., Sinichenko Ye.K., Gritsuk I.I. Strukturnyy podkhod k otsenke morfometricheskikh kharakteristik basseynov rek provintsii Manabi (Ekvador) [A structured approach to the evaluation of the morphometric characteristics of the river basin demarcation of Manabi (Ecuador)]. Vestnik RUDN. Seriya «Inzhenernye issledovaniya». 2015. № 1. Pp. 52—61.
  • Kampos Sedeno A.F. Gidrologicheskoe obosnovanie kontrolya i optimizatsii ispolzovaniya vodnykh resursov Gidrograficheskoy demarkatsii Manabi (Ekvador) [Hydrological study control and optimize the use of water resources of the hydrographic demarcation Manabi (Ecuador)]. M.: RUDN, 2016. Pp. 79—86.
  • Anache J., Bacchi C., Panachuki E., Alve Sobrinho T. Assessment of methods for predicting soil erodibility in soil loss modeling // Geociências. 2015. T. 34. № 1. Pp. 32—40.
  • Centro Ecuatoriano de Investigación Geográfica. La erosión en el Ecuador // Documentos de investigación. 1986. № 6. 96 p.
  • Correa Calle O. Modelo dinámico para calificación de la amenaza pluvial y evaluación de la posibilidad de erosión en la sectorización geotécnica de oleoductos y su aplicación en la planeación y toma de dicisiones. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia — Facultad de Ingeniería, 2003. 87 p.
  • Díaz J. Análisis de Erosión de suelo. Canada: Services in Geographic Information Systems (GIS), 2014. P. 6—7.
  • Food and Agriculture Organization of the United Nations — FAO. Digital Soil Map of the World — ESRI shapefile format [Электронный ресурс] / Food and Agriculture Organization of the United Nations — FAO. 2017. Access mode: http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/metadata.show?id=14116
  • Instituto Geografico Militar del Ecuador. Geodescargas: Cartografía, Software, Manuales, Enlaces [Электронный ресурс] / Instituto Geografico Militar del Ecuador. 2017. Access mode: http://www.geoportaligm.gob.ec/portal/index.php/cartografia-de-libre-acceso-escala-50k/
  • Santacruz de León G. Estimación de la erosión hídrica y su relación con el uso del suelo en la cuenca del río Cahoacán, Chiapas, México/ German Santacruz de León // Aqua-LAC. 2011. T. 3. № 1. P. 45—54.
  • Wawer R., Nowocieñ E., Podolski B. Real and Calculated K USLE Erodibility Factor for Selected Polish Soils / R. Wawer and etc. // Polish Journal of Environmental Studies. 2005. T. 14. № 5. P. 655—658.

Views

Abstract - 139

PDF (Russian) - 525

PlumX


Copyright (c) 2017 Fermin C.A., Sinichenko E.K., Gritsuk I.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.