Влияние рельефа на интенсивность водной эрозии

ТЕМА №2

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

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

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)