ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ВОДНОЙ ЭРОЗИИ ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ ДЕМАРКАЦИИ МАНАБИ (ЭКВАДОР)

Полный текст

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.

Об авторах

Кампос Антонио Фермин

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: arcangelitok@yahoo.com

аспирант департамента «Архитектуры и строительства» инженерной академии Российского университета дружбы народов. Сфера научных интересов: гидравлика и инженерная гидрология

ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Евгений Константинович Синиченко

Российский университет дружбы народов

Email: sinichenko_ek@pfur.ru

кандидат технических наук, доцент департамента «Архитектуры и строительства» инженерной академии Российского университета дружбы народов. Сфера научных интересов: гидравлика и инженерная гидрология

ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

Илья Игоревич Грицук

Российский университет дружбы народов; Институт водных проблем РАН

Email: gritsuk_ii@pfur.ru

кандидат технических наук, доцент департамента «Архитектуры и строительства» инженерной академии Российского университета дружбы народов. Старший научный сотрудник лаборатории «Динамики русловых потоков и ледотермики» Института водных проблем РАН. Сфера научных интересов: гидравлика, инженерная гидрология, ледотермика

ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198; ул. Губкина, 3, Москва, Россия, 119333

Список литературы