Продольно-прямые Продольно-вогнутые Продольно-выпуклые

ТЕМА №2

Влияние рельефа на интенсивность водной эрозии

Рельеф местности. Он является важнейшим фактором водной эрозии. Назовем его основные элементы. Линия, соединяющая наиболее высокие точки, называется водораздельной линией, или водоразделом. Водораздельная линия ограничивает определенную территорию, с которой вода стекает в понижения. Такую территорию называют водосбор­ной площадью, или водосбором.

Принято выделять положительные (выпуклые) и отрицательные (вогнутые) элементы рельефа. Сеть вогнутых элементов рельефа, или понижений, по которым происходит сток поверхностных вод, называют гидрографической сетью. Различают древние и современ­ные звенья гидрографической сети. К древним относят ложбины, лощины, балки, долины; к современным - промоины и овраги. Древняя гидрографическая сеть в верхних концевых частях начинается ложбиной.

Ложбина - это линейная форма рельефа древнего эрозионного происхождения с пологими склонами и невыраженными бровками глубиной до 1 м. Площадь водосбора - до 50 га. Берега распахивают. Ложбина, равномерно углубляясь и расширяясь, перерастает в следующее звено сети - лощину.

Лощина имеет ясно выраженное дно, более высокие и крутые берега. Глубина - до 8-10 м. Площадь водосбора - до 500 га. Включает несколько водосборов ложбин. Лощина по мере движения вниз по склону расширяется, углубляется и впадает в балку или сама становится балкой.

Балка также представляет собой линейную форму рельефа древнего эрозионного происхождения с выраженными бровками, широким днищем. Крутизна берега - 10-15° и более. Ширина балок - 200-300 м и более, глубина - до 15-20 м. Площадь водосбора - до 3000 га. Постоянно расширяясь и углубляясь, балки впадают в долину реки. Промоины и овраги тесно связаны с древней сетью, и они входят в общую гидрографическую сеть. В зависимости от места расположения относительно древней сети различают овраги: склоновые, вершин­ные, береговые и донные.

Для эрозионной характеристики местности пользуются коэффициентом расчлененности территории, который определяется делением суммы длин всех звеньев гидрографической сети (км) на площадь соответствующего водосбора (км²). Существует зависимость между коэффициентом расчлененности территории и площадью смытых почв. Например, при коэффициенте 0,3 смытые почвы могут составлять 10 %, при расчлененности 0,6-25 % и т.д.

Важнейшими характеристиками рельефа, от которых зависит эрозия почв, являются крутизна, длина, форма и экспозиция склонов. Сток формируется тогда, когда есть уклон поверхности. Поэтому крутизна склона является важнейшим показателем рельефа. Пороговая величина крутизны, при которой начинается эрозия, может быть весьма различной, что зависит от других сопутствующих факторов. В одних условиях смыв почвы может проявляться при 0,3-0,5°, в других случаях - лишь при 5-10°.

Крутизну склонов выражают в градусах, процентах. С увеличением крутизны смыв почвы увеличивается, однако степень его возрастания зависит от разнообразного сочетания многих факторов (количества и интенсивности осадков, характера и состояния почвенного и раститель­ного покрова, агротехники возделывания культур и др.). Показатель степени (а) в формуле может колебаться, принимая значения 1,5; 2 и более.

Зависимость эрозии от крутизны склона показана на рис.1.

E E

 

E=J^a E=L^b

 

J L

Рис. 1. Зависимость эрозии от крутизны склона: Е – эрозия на единицу; J – крутизна склона

Рис. 2. Зависимость эрозии от, длина склона: Е- эрозия на единицу площади; L – длина склона

 

Большое влияние на проявление эрозии оказывает длина склона. Чем длиннее склон, тем больше объем поверхностного стока, скорость течения и высота слоя воды. Влияние длины склона на смыв почвы зависит от многих факторов, и оно проявляется по-разному. На рис. 2 показан общий вид зависимости эрозии от длины склона. Показатель степени (b) в формуле может сильно колебаться, принимая значения 0,5; 0,8; 1,5 и более.

Смыв почвы при нарастании длины склона резко усиливается при интенсивных осадках. Но если осадки выпадают малым слоем и если почвы обладают высокой водопроницаемостью, то поверхностный сток и эрозия могут и не увеличиваться.

Интенсивность эрозии почв зависит от формы склона, от его продольного и поперечного профилей. Профили склона, как в продольном, так и поперечном направлениях бывают прямые, выпуклые и вогнутые.

Характер влияния продольных и поперечных профилей на сток и смыв различается. На продольно-прямых склонах процессы эрозии усиливаются к их основаниям. Разрушительная сила воды нарастает постепенно. Значительный смыв проявляется приблизительно от середины склона. На продольно-выпуклых склонах эрозия больше проявляется в нижней части, где наибольшая крутизна. На продольно-вогнутых склонах эрозия сильнее выражена в верхней, более крутой части. Книзу она уменьшается, и даже происходит аккумуляция смытой почвы. В литературе приводятся следующие относительные коэффициенты эрозионной опасности продольных профилей: прямой - 1, выпуклый - 1,25-1,5, вогнутый - 0,5-0,75.

Поперечные профили склонов определяют типы водосборов: прямые, собирающие и рассеивающие сток воды. Их относительная эрозионная опасность приближенно принята следующей: поперечно-прямой профиль склона - 1, поперечно-выпуклый (рассеивающий водосбор) - 0,8, поперечно-вогнутый (собирающий водосбор) - 1,2.

Поперечные профили склонов оказывают большое влияние на про-тивоэрозионную организацию территории.

Важным фактором эрозии является экспозиция склонов. В отличие от крутизны, длины и формы профиля склонов влияние экспозиции на эрозию проявляется опосредованно в связи с различиями микроклимата, почв и растительности на склонах разных экспозиций. Наибольшее ее влияние на эрозию от стока талых вод.

 

Таблица 2

Показатель фактор эрозии	Экспозиция
северная	южная	восточная	западная
Мощность снежного покрова	1,16	0,84	0,95	1,04
Запас воды в снеге перед снеготаянием	1,08	0,92	0,90	1,10
Сток воды в период весеннего снеготаяния	1,12	0,87	0,87	1,12
Коэффициент весеннего стока талых вод	1,06	0,94	0,96	1,04
Накопление воды в почве после паводка	1,09	0,93	0,96	1,02
Отношение испаряемости со склонов 5° к испаряемости на ровном месте	0,93	1,05	0,99	0,99
Урожайность сельскохозяйственных культур	1,06	0,86	1,08	1,00
Интенсивность весеннего смыва почвы	0,81	1,19	0,97	1,05

 

В табл. 2 приведены обобщенные данные о влиянии экспозиции склона на некоторые относительные показатели. За единицу условно приняты средние значения абсолютных величин для четырех основных экспозиций. В ряде случаев использованы данные по двум противоположным экспозициям.

Эти данные показывают, что мощность снежного покрова, запас воды в снеге перед снеготаянием, слой стока, коэффициент стока и накопление воды в почве после снеготаяния характеризуются более высокими значениями на склонах северных и западных экспозиций; на склонах южных и восточных экспозиций значения этих относительных показателей меньше. Практически такая же тенденция изменений наблюдается и в отношении урожайности сельскохозяйственных культур. А вот отношение испаряемости со склонов (5°) к испаряемости на ровном месте, относительные показатели интенсивности весеннего смыва почв, наличие площадей смытых и размытых земель на южных экспозициях больше, чем на северных. Наибольшая разность этих показателей наблюдается между склонами северных и южных экспозиций; различия между склонами восточных и западных экспозиций выражены слабее. На склонах южных экспозиций эрозия нередко бывает больше и от выпадения сильных дождей. Это обусловливается сравнительно худшими физико-химическими свойствами почв и меньшей почвозащитной ролью растительности.

Нередко роль экспозиции недооценивается. Однако она часто влияет на эрозию в такой же степени, как и другие факторы. Поэтому в практике проектирования противоэрозионных мероприятий экспозиции необходимо уделять должное внимание.

Классификация склонов. Исследованиями установлено, что на разных склонах есть свои особенности устройства территории и различные комплексы противоэрозионных мероприятий. Причем эти особенности и различия в большой мере связаны с формами склонов, т.е. с их поперечными и продольными профилями.

Разнообразие форм склонов в природе огромно. Поэтому для изучения особенностей их организации необходимо классифицировать склоны для установления закономерностей устройства их территории.

В настоящее время существует немало различных классификаций рельефа. Почвоведы приводят классификации с точки зрения почвообразования и развития вредных процессов на земле, геоботаники - по расположению растительных сообществ и т. д. Имеющиеся классификации, отражая закономерности развития эрозионных процессов, не являются достаточно полными и, как правило, не отражают методического подхода к учету самих особенностей противоэрозионной орга­низации территории. Что касается общих рекомендаций, таких как проектирование «поперек склона», «вдоль основного направления горизонталей», «строго по горизонталям», то они неконкретны и субъективно воспринимаются практиками сельскохозяйственного производства.

Следовательно, нужна специальная классификация склонов для противоэрозионного проектирования (рис. 3). Склоны группируют по типам, подтипам, видам и разновидностям.

 

Типы склонов (поперечные профили)

I II III

Поперечно-прямые Поперечно-выпуклые Поперечно-вогнутые

 

 

Подтипы склонов

 

 

1 2 1 2

с параллельными с непараллель- с параллельными-с непараллель-

горизонталями ными горизон- горизонталями ными горизон-

талями талями

 

Виды склонов (продольные профили)

 

 

А Б В

Продольно-прямые Продольно-вогнутые Продольно-выпуклые

Рис. 3 Классификация склонов для противоэрозионного проектирования

 

 

Каждый тип представляет собой определенный водосбор: прямой, рассеивающий и собирающий, имеющий разную эрозионную опасность. Все это обусловливает неоднородность типов и особенности организации территории.

Для I типа независимо от разнообразия видов склонов характерно прямолинейное размещение элементов территории, для II и III типов - криволинейное, т. е. контурное (размещение по горизонталям).

Вместе с тем II и III типы различаются тем, что имеют различную эрозионную опасность: II тип (поперечно-выпуклые) - рассеивающий сток - менее опасен, III тип (поперечно-вогнутые) - собирающий сток - более опасен. Следовательно, например, при одной и той же крутизне назначаемые комплексы противоэрозионной мелиорации на этих склонах должны различаться: на поперечно-вогнутых склонах они должны быть более интенсивными.

II и III типы склонов подразделяют на подтипы. Дело в том, что как поперечно-выпуклые, так и поперечно-вогнутые склоны имеют разный характер выпуклости и вогнутости: в первом случае - с одинаковой крутизной на всех скатах (экспозициях), во втором - с разной крутизной поперечных скатов. В первом случае склон изображается параллельными горизонталями, во втором - непараллельными, т.е. со сближающимися концами горизонталей или у основания склонов (у выпуклых), или у их приводораздельной части (у вогнутых). Из-за различия характера поперечной выпуклости и вогнутости будут и разные методические приемы проектирования элементов территории, т.е. будут особенности в их проектировании. Этим и обусловливается необходимость выделения подтипов

I тип и подтипы II и III типов включают по три вида, обусловленных формами продольного профиля склонов.

Особенности организации территории прослеживаются и по отдельным видам склонов не только разных типов и подтипов, но даже в пределах одного и того же подтипа. Например, характер продольного профиля обусловливает разное расстояние между такими линейными элементами, как водорегулирующие лесные полосы и др. Если на поперечно-выпуклом продольно-прямом склоне лесные полосы размещают через равные расстояния одна от другой, то на поперечно-выпуклом продольно-вогнутом склоне расстояния между ними сокращаются на крутой и увеличиваются на шлейфовой части склона Короче говоря, особенности организации территории здесь определяются разной крутизной на продольном профиле склона.

Аналогичные особенности имеют место и на видах склонов второго подтипа, но здесь решение задачи размещения линейных элементов усложняется непараллельностью горизонталей.

Расположение типов и других подразделений классификации совпадает с нарастающей сложностью технологии противоэрозионной обработки и организации территории. Самая простая организация территории склонов I типа и самая сложная - 2-го подтипа III типа.

По характеру поверхности склоны имеют разновидности (рис. 4): ровные (а), бугристые (б), микроложбинные (в) и макроложбин-ные (г). Разновидности, в свою очередь, обусловливают характер агротехнических противоэрозионных мероприятий и свои особенности организации территории. Например, при наличии на склоне микроложбин может быть целесообразным залужение их днищ, а это влияет на размещение рабочих участков, дорожной сети и т. д.

Рис. 4. Графическое изображение склонов по подразделениям классификации: А, Б, В - виды склонов (продольные профили)

 

В названии склона прежде всего следует указывать характер поперечного профиля (тип, подтип), далее - характер продольного профиля (вид) и, наконец, характер поверхности склона (разновидность); например: поперечно-выпуклый с параллельными горизонталями, про­дольно-прямой, микроложбинный.

Надо правильно различать понятия простого и сложного склонов. К простым относятся только склоны I типа, так как здесь всегда могут выполняться прямолинейное размещение элементов территории и прямолинейная технология обработки. Склоны II и III типов называют сложными.

В природе преобладают сложные склоны. Например, в Центрально-Черноземной зоне они составляют 70-80 %. Для правильного расположения склонов на топографическом плане и на местности приводим их графическое изображение (см. рис. 4).

Почвы. Основными факторами, определяющими противоэрозионную устойчивость почв, являются водопроницаемость почв, от которой зависит та или другая интенсивность формирования стока; противо-эрозионная устойчивость почв, от которой зависит способность противостоять размывающему действию стока ливневых и талых вод; уровень плодородия почв, от которого зависят состояние и почвозащитная способность растительного покрова.

Водопроницаемость почв определяется такими их свойствами, как механический состав, структурность, плотность и влажность. Механический состав почв характеризуется содержанием в них частиц различной величины. При повышенном количестве мелких частиц смыв почвы усиливается, при крупных частицах - уменьшается. Высокой водопроницаемостью обладают пески, супеси, хорошо структурные суглинки и глины, а также глубоковспаханные, не перенасыщенные водой почвы. В большей степени поддаются смыву суглинистые и глинистые бесструктурные почвы. Они плохо пропускают воду, легко заплывают, образуя корку. С таких почв стекает до 70 % дождевой и до 90-100 % талой воды.

Противоэрозионная устойчивость зависит от механического и химического состава, физико-химических свойств, физического состояния почв. Чем больше в почве илистой фракции, гумуса, кальция, тем устойчивее она к смыву. А при повышенной пылеватой и мелкопесчаной фракциях с пониженным количеством гумуса податливость почв к смыву возрастает. Установлена сравнительная устойчивость к смыву разных почв. Например, черноземы по степени снижения противоэрозионной устойчивости образуют следующий ряд: черноземы типичные, черноземы выщелоченные, черноземы оподзоленные, черноземы обыкновенные, черноземы карбонатные, черноземы южные.

Смытые почвы по сравнению с несмытыми одного и того же типа менее устойчивы к разрушающему действию потока воды. При этом разница в устойчивости несмытых и смытых может быть значительно большей, чем между разными генетическими типами почв. Однако такая закономерность характерна не для всех почв. Исключение составляют подзолы и дерново-подзолистые почвы, что связано с большим содержанием кремнезема в элювиальном горизонте.

Структурность почвы и наличие высокого удельного веса гумуса всегда повышают противоэрозионную устойчивость. Крупные водопрочные агрегаты, характерные для структурных почв, труднее поддаются смыву, так как чем крупнее частицы, тем они тяжелее и тем большая скорость текущей воды нужна для их передвижения.

При увеличении влажности почв смыв возрастает. При изменении влажности верхнего десятисантиметрового слоя почвы с 16,8 до 35,5 % и интенсивности дождя 2 _мм/^мин на склоне крутизной 10° смыв увеличился в 1,43 раза, а сток возрос в 2 раза и составил 84,3 % выпавших осадков.

Рыхление почвы и уменьшение ее плотности ведут к ослаблению стока вследствие увеличения инфильтрации и влагоемкости почвы и, следовательно, к ослаблению смыва.