Исследования техногенных и сельскохозяйственных оврагов в Удмуртии

УДК 551.435.16

И.И. Григорьев, И.И. Рысин

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ

И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОВРАГОВ В УДМУРТИИ

Представлена классификация оврагов, развивающихся вследствие влияния деятельности человека. Установлены значения скоростей роста оврагов за период с 1978 по 2006 гг. Определены факторы, влияющие на развитие антропогенной эрозии.

Ключевые слова: сельскохозяйственные овраги, техногенные овраги, геоинформаци-онные системы, мониторинг.

В последние годы отмечается возросший интерес к изучению овражной эрозии, развивающейся в условиях техногенных ландшафтов. Как известно, наиболее простым и научно обоснованным является деление всех оврагов по происхождению на естественные и антропогенные. Появление естественных оврагов вызывается целым рядом природных процессов: боковая эрозия рек, оползни, карст, суффозия, катастрофические ливни и др. Антропогенные овраги своим появлением и развитием обязаны, прежде всего, хозяйственной деятельности человека, влияющей на состояние природных ландшафтов. Если ранее основной причиной оврагообразования была сельскохозяйственная деятельность людей (расширение пахотных земель), то в настоящее время возрастает доля техногенно обусловленных оврагов (в населенных пунктах, при прокладке дорог, трубопроводов, добыче полезных ископаемых). В этой группе оврагов по характеру воздействия обычно выделяется несколько подгрупп: 1) образующиеся при нарушении естественных условий на водосборе - уничтожение растительности, распашка, усиленное обводнение территории и т.п.; 2) возникающие искусственно на водосборах, созданных новыми линиями стока - разъемными бороздами на пашне, скотопрогонными тропами, межеванием, обвалованием; сюда же включаются и придорожные овраги, разрушающие кюветы и полотно дорог; 3) чисто техногенные овраги, формирующиеся при стоке промышленных вод при добычных и строительных работах, сбросных вод предприятий, прорывов различных трубопроводов [1].

Что касается техногенных оврагов, то среди них, как нам кажется, логичнее выделить три подгруппы - придорожные, промышленно-стоковые и урбаногенные.

Придорожные овраги мы относим к техногенным, поскольку при строительстве как шоссейных, так и грунтовых дорог используется большое количество различной техники, а также перемещаются огромные объемы грунта и других строительных материалов. Следствием вышеперечисленных мероприятий является техногенное изменение рельефа и соответственно во-

досборов. Происходят перераспределение стока во вновь образованных водосборных бассейнах и появление эрозионных форм.

Промышленно-стоковые овраги встречаются в меньшей степени. Связано это с более локальным распространением объектов, имеющих сток промышленных вод. Соответственно и организация наблюдения за промышленно-стоковыми оврагами проще, чем за придорожными. И к тому же, как указывалось выше, для образования таких оврагов необходимо нарушение правил выпуска сточных промышленных вод с территории объекта и игнорирование рельефа окружающей местности, что и происходит довольно часто. Относительно оврагов данной группы необходимо отметить, что образование их приурочено к промышленным участкам, расположенным вне городской застройки, то есть важным условием их развития, помимо природных факторов, является сток производственных вод. В качестве примера можно привести участки по добыче нефти и полезных ископаемых (карьеры), строительные площадки, места прорывов трубопроводов и т.п.

Урбаногенные, или городские, овраги согласно С.Н. Ковалеву [2] выделяются в отдельную группу, так как являются следствием процессов и явлений, присущим только городским территориям. К данной группе мы относим также овраги, развивающиеся в пределах крупных населенных пунктов сельского типа.

Однако для четкого пространственного восприятия расположения объектов наблюдения на территории республики обязательно необходимо иметь разномасштабный картографический материал. Помимо простого определения положения какого-либо оврага на карте, необходим разносторонний анализ всей овражно-балочной сети, включая морфометрические и морфодинамические показатели.

Для целей мониторинга нами с помощью ГИС-технологий планируется создание целого комплекса разномасштабных картографических изображений ключевых участков по наблюдению за развитием эрозионных и русловых процессов, включающих:

• цифровую физико-географическая карту Удмуртии масштабом 1:100000;

• карты элементарных бассейнов с морфометрическими показателями и эрозионными характеристиками масштабом 1:200000;

• топографические планы активно растущих оврагов и размываемых участков русел рек масштабами 1:500 или 1:200.

В настоящее время создание цифровой физико-географической карты Удмуртии и карт элементарных бассейнов в среде Мар1пйэ практически завершено. Созданы карты элементарных речных бассейнов, в основе выделения которых была использована порядковая классификация рек согласно Фи-лософову-Стралеру. На территории Удмуртии по топографическим картам (масштаб 1:100000) было выделено 1285 элементарных бассейнов, преимущественно 2-го, реже 1-го и 3-го порядков, со средней площадью 34 км2 (рис.

1). Показатели густоты и плотности оврагов были получены путем дешифрирования крупномасштабных аэрофотоснимков (АФС) залетов 1957-1959 гг. и 1989-1991 гг. [3].

---- Граница Удмуртии Масштаб 1:1400000

Рис. 1. Схема элементарных речных бассейнов на территории Удмуртской

Республики

На основе карт элементарных бассейнов были построены цифровые тематические карты:

1) густоты и плотности оврагов (современной и прежней);

2) густоты балочной, долинной и балочно-долинной сети;

3) средних уклонов поверхности;

4) глубин местных базисов эрозии;

5) средних длин линий стока и средних длин склонов;

6) лесистости;

7) средней мощности делювиально-солифлюкционных суглинков и ряд других факторных карт.

Для создания топографических планов исследуемых ежегодно объектов используется программный комплекс «CREDO». Комплекс программных продуктов «CREDO» представляет собой многофункциональную систему, обеспечивающую автоматизированную обработку инженерных изысканий, подготовку данных для различных геоинформационных систем, создание и инженерное использование цифровых моделей местности.

Работы по созданию топографических планов вершин оврагов на кафедре физической географии и ландшафтной экологии Удмуртского госуни-верситета начались в 2000 г. С тех пор на 13 активно растущих оврагах ежегодно проводятся работы по тахеометрической съемке. С 2002 г., в связи с приобретением электронного тахеометра «ELTA ZEISS 3305», представляющего измерения в электронном виде, обработка ведется автоматическими методами с использованием программного комплекса «CREDO». Получаемые топографические планы разных лет позволяют прослеживать динамику овра-гообразования и получать количественные показатели развития оврагов различных типов.

С 1978 г. нами проводятся регулярные наблюдения за развитием различных типов оврагов на территории Удмуртской Республики (УР) в пределах 28 ключевых участков [3]. В последние годы их количество возросло до 168, из них 9 оврагов являются техногенными. С 2002 по 2006 г. в наблюдения были вовлечены дополнительно еще 9 техногенных оврагов. Таким образом, общее количество техногенных оврагов достигло 18.

Имеющийся в настоящее время материал позволяет подвести некоторые итоги по анализу скоростей роста техногенных и сельскохозяйственных оврагов (рис.2):

1) в 1979 г. рост сельскохозяйственных оврагов оказался самым высоким за весь период наблюдений (2,7 м/год), что связано с аномальными природными условиями того года; прирост техногенных оврагов оказался еще выше (3,9 м/год), но по сравнению с последующими годами прирост их оказывается на среднем уровне;

Рис. 2. Графики роста техногенных и сельскохозяйственных оврагов на территории УР за период 1978-2006 гг.

2) в 1983-1984 г. произошел спад активности развития сельскохозяйственных оврагов, в то время как рост техногенных оврагов достиг максимума за весь период наблюдения - 14,95 м/год. Подобная картина повторялась в 1987, 2002 и 2005 гг. В 1985 и 1988 гг. рост сельскохозяйственных оврагов увеличился, в то время как активность техногенных снижалась;

3) в период с 1989 по 2001 г. смена периодов увеличения и уменьшения прироста как техногенных, так и сельскохозяйственных оврагов в целом совпадала, но показатели прироста техногенных оврагов на порядок выше. При этом для техногенных оврагов характерны довольно резкие скачки в показателях, что не характерно для сельскохозяйственных оврагов;

4) в отдельные годы (1978, 1980, 1981 и 1999) прирост техногенных оврагов оказался ниже прироста сельскохозяйственных оврагов, что также подтверждает скачкообразное и неравномерное развитие техногенных оврагов, обусловленное преимущественно специфической хозяйственной деятельностью;

5) в целом для динамики развития оврагов характерен нисходящий тренд. В 2006 г. скорость роста сельскохозяйственных оврагов достигла минимума за 29-летний период наблюдения - 0,09 м/год.

Какой-либо территориальной дифференциации средних скоростей роста оврагов не наблюдается. Также необходимо отметить, что большая часть сельскохозяйственных оврагов имеет в последние годы незначительный прирост - менее 0,1 м/год. Среди наблюдаемых техногенных оврагов нулевой прирост в последние годы имеют только 3 оврага.

Изучение особенностей динамики и морфометрии техногенных оврагов нами начато в 2002 г. За прошедшие 4 года наблюдений получены первые результаты и выводы.

Среди наблюдаемых на территории Удмуртии трех типов техногенных оврагов большая часть относится к промышленно-стоковым (рис.3).

Основная часть промышленно-стоковых оврагов находится на территории нефтяных месторождений, развитие их вызвано действием дождевых и талых вод, стекающих через организованный слив с территории площадок нефтедобычи. Подобные овраги обнаружены на территории Ельниковского месторождения нефти у пос. Соколовка. За 4 года наблюдений средний рост их составил от 0,05 до 0,4 м/год. Столь незначительный прирост, несмотря на расположение на крутом склоне, объясняется небольшой водосборной площадью, ограниченной дорожной насыпью и трудно размываемым составом коренных пород. При вершинах отдельных оврагов водостоки укреплены бетонными плитами.

По одному оврагу взято под наблюдение на Гремихинском, Медве-девском и Быгинском нефтяных месторождениях летом 2003 г. Особенно активное развитие получил овраг на Гремихинском месторождении - средний прирост его составил 1,71 м/год.

Скорость роста двух других оврагов - Медведевского и Быгинского -за наблюдаемый период составила соответственно 0,35 и 0,38 м/год. Столь невысокий прирост связан в случае с Быгинским оврагом со значительным рассеянием стока по площади водосбора. Медведевский овраг, являясь по сути лишь отвершком балки, поросшей лесом, имеет крайне незначительный водосборный бассейн, однако следует ожидать усиления активности овраго-образования в том случае, если не прекратится искусственно организованный сток с близлежащей площадки нефтедобычи.

Летом 2006 г. под наблюдение взят еще один овраг на территории Ка-ракулинского нефтяного месторождения.

по происхождению

К числу придорожных, взятых под наблюдение, относятся 7 оврагов. По скоростям прироста различия между ними довольно существенны. Придорожный овраг № 106, развивающийся в делювиально-солифлюкционных суглинках, является своего рода рекордсменом по скорости роста среди всех наблюдаемых оврагов на территории Удмуртии. Средняя скорость его роста за 25-летний период наблюдений составила 24,65 м/год. При анализе графика видно, что развитие его происходило сильными скачками с максимумами в 1984, 1987, 1991, 1994 и 1998 гг. и минимумами в 1986, 1989, 1993 и 1996 гг. (рис.4). С 2001 г. активный рост его прекратился (не более 0,10 м/год), что связано с тем, что вершина оврага достигла густых зарослей ивы и березы, растущих вдоль дорожной насыпи.

Среди оврагов с 28-летним периодом наблюдений выделяется овраг №48. На графике сразу отмечается его скачкообразное развитие с максимумами в 1979, 1984, 1993, 1997 и 2002 гг. (рис.5). Причем пики роста в 1984, 1993 и 1997 гг. совпадают с общим спадом в развитии других придорожных оврагов, что говорит о сильном влиянии на рост этого оврага постройки и эксплуатации дороги. Средняя скорость роста для него составила за 28 лет наблюдений 2,87 м/год, что связано, помимо постройки дорожной насыпи, концентрирующей сток, во-первых, с имеющимся большим базисом эрозии, во-вторых, с составом размываемых пород (делювиально-солифлюкционные суглинки). Что касается других придорожных оврагов, скорости их роста отличаются друг от друга незначительно и периоды роста и спада развития в целом совпадают.

130.00 -

120.00 -110,00 -100,00 -

90.00 -

80.00 -

g 70,00 -

g 60,00 -

50.00 -

40.00 -

30.00 -

20.00 -10,00 -

0,00 -

СЧСО^ЮСОГ^СООТОт-СЧСО^ЮСОГ^СООТОт-СЧСО^Ю

COCOCOCOCOOOCOCOOOQGQOOQ^QOOOOOO

C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^C^CDCDCDCDCDCD

T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-CNCNCNCNCNCM

♦ i ♦ i ♦ i ♦,

Рис. 4. График годового прироста оврага №106 за период 1978-2005 гг.

Рис. 5. Графики ежегодного прироста придорожных оврагов

Среди недавно наблюдаемых оврагов придорожным является только один - №6н (с.Забегалово, Завьяловский р-он УР). Средняя скорость прироста его за 4 наблюдаемых года составила 0,66 м/год, что, конечно же, ниже среднего показателя по всем наблюдаемым оврагам (1,04 м/год). Однако необходимо отметить, что данный овраг обладает большим потенциалом роста. Связано это, во-первых, с расположением его на относительно крутом склоне, невыработанным профилем равновесия и составом размываемых пород, представленных элювием верхнепермских глинистых отложений; во-вторых, со стоком используемой в хозяйственных целях воды с вышележащего по склону садоогородного массива; в-третьих, что наиболее существенно, с концентрацией талых и дождевых вод близлежащей дорожной насыпью.

Отдельно следует упомянуть о трех оврагах, развивающихся на крутом левом берегу р. Вятка на территории с. Крымская Слудка. Берег в данном районе очень сильно размывается рекой, что провоцирует возникновение различных эрозионных процессов, в том числе оползней и оврагов. Однако в случае с оврагами необходимо отметить, что на их рост, помимо природных факторов (крутой незадернованный берег, большой базис эрозии, легко размываемые плейстоценовые перигляциальные суглинки), большое значение имеет и человеческий фактор. Так, наблюдаемые нами овраги развиваются по бывшим улицам деревни перпендикулярно берегу. По этим улицам проходят дренажные сети, в которых и происходит постоянно концентрация поверхностного стока воды, способствующая усиленному росту наблюдаемых оврагов. В результате среднегодовой прирост их составил за 28 лет наблюдений от 0,79 до 2,27 м. Для всех оврагов четко выделяется 3 максимума в 1979, 1991 и 2001 гг. (рис.6). Максимальный прирост был зафиксирован в 2001 гг. у оврага №118 - 21,8 м. Следуя предложенной выше классификации, данные овраги можно отнести к урбаногенным, то есть развивающимся в пределах населенного пункта и вследствие прямого вмешательства человека в эрозионный процесс.

22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 § 12,00 | 10,00 8,00 6,00

4.00

2.00

0,00

OOOCN-'tCOOOOCN-'tCOOOOCN-'t

^00000000000)0)0)0)0)000

сосососососососососоотооо

Рис. 6. Графики годового прироста урбаногенных оврагов за период 1978-2005 гг.

Таким образом, скорости роста техногенных и сельскохозяйственных оврагов на территории Удмуртии имеют большие различия. При этом для сельскохозйственных оврагов характерна тенденция к затуханию их активности. Техногенные же овраги, наоборот, активизируются в своем развитии. Основным фактором, влияющим на это, является техногенная деятельность человека: строительство и эксплуатация дорог, населенных пунктов и различных промышленных объектов.

* * *

1. Зорина Е.Ф. Некоторые особенности развития овражной эро-зии//Геоморфология. 1987. №4. С. 62-67.

2. Ковалев С.Н. Воздействие овражно-балочных систем на планировку городов (на примере Поволжья)// Эрозионно-аккумулятивные процессы в бассейне верхней и средней Волги. Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2005. С. 115-127.

3. Рысин И.И. Овражная эрозия в Удмуртии. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1998. 274 с.

Поступила в редакцию 17.08.06

I.I. Grigoriev, I.I. Rysin

Research of agricultural and technogenic ravines in Udmurtia

The classification of ravines growing under the anthropogenic influence is accomplished. The intensity of ravine growth for the period of 1978 to 2006 yrs. has been estimated. The factors influencing the development of anthropogenic erosion are specified.

Г ригорьев Иван Иванович

Рысин Иван Иванович

Удмуртский государственный университет

426034, Россия, г. Ижевск,

ул. Университетская, 1

E-mail: rysin@uni,udm,ru