geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.15356/0435-4281-2014-1-36-44geomorf-25Research ArticleМетодика научных исследованийScientific Research MethodsДОСТАВКА НАНОСОВ С ВОДОСБОРНЫХ СКЛОНОВ В ДОЛИНУ РЕКИSEDIMENT DELIVERY FROM INTERFLUVE SLOPES INTO RIVER VALLEYБондаревВ. П.BondarevV. P.

Географический факультет

valery_bondarev@mail.ruБеляевВ. Р.BelyaevV. R.

Географический факультет

ИвановаН. Н.IvanovaN. N.

Географический факультет

ЭвларО.EvlarО.Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationЛаборатория наук о климате и окружающей среде НЦНИ Франции, Жив Сюр ИветтФранцияThe National Center for Scientific Research, ParisFrance20142102201501Геоморфология3644Copyright © Бондарев В.П., Беляев В.Р., Иванова Н.Н., Эвлар О., 20152015Бондарев В.П., Беляев В.Р., Иванова Н.Н., Эвлар О.Bondarev V.P., Belyaev V.R., Ivanova N.N., Evlar О.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://geomorphology.igras.ru/jour/article/view/25

Предлагается комплексный подход к определению коэффициентов доставки наносов со склонов в долину реки с использованием морфометрических методов бассейнового анализа, математического моделирования и радиоизотопных трассеров. Эффективность подхода демонстрируется на примере анализа склонов бассейна р. Локны (центральная часть европейской России) площадью 174.8 км2.

В результате морфометрического анализа карты масштаба 1:100 0000 проанализировано 1293 элементарных склона (фасетки). Средняя расчетная величина смыва с элементарной склоновой фасетки для пара составляет 46.2±31.9 т/га/год. При расчетах для типичных севооборотов величина смыва с элементарной фасетки колеблется в интервале от 17.2±13.0 до 33.3±19.1 т/га/год.

Картографирование водосборного бассейна позволило выделить наиболее эрозионноопасные склоны. Около 33% элементарных склонов бассейна характеризуются значениями эрозионного фактора рельефа (LS-фактора) более 1,5. В гипотетическом случае полной распашки территории 77% элементарных склонов имеет очень высокую и катастрофическую эрозионную опасность (свыше 20 т/га/год). Для типичных севооборотов количество таких склонов снижается до 44 %.

С помощью радиоизотопного трассера удалось выполнить независимую проверку результатов расчетов темпов смыва по модели. Показано, что сходимость результатов расчета по использованной модели и радиоцезиевого метода существенно лучше для более простого по морфологии короткого рассеивающего склона. Для более сложного длинного выпуклого склона расчетная модель дает более высокие (в некоторых местах более чем в 2 раза), чем радиоцезиевый метод, значения интенсивности смыва почвы. Это связано с невозможностью учета внутрисклонового переотложения наносов существующей версией модели.

статья в библиотеке elibrary.ru

A complex approach for estimating sediment delivery from drainage basin slopes into river valley is proposed. The method includes morphometric analysis of drainage basin, mathematical modelling and radioactive isotope tracers application. The approach effectiveness is demonstrated by analysis of the River Lokna drainage basin slopes (Central Part of the European Russia). Total area of the drainage basin is 174.8 km2.

Morphometric characteristics of 1293 elementary slopes (facets) were collected from the 1:100 000 scale topographic map and analysed. Average soil erosion rate from facet under conditions of bare fallow is 46.2±31.9 t/ha/year. For a range of locally typical crop rotations this value varies from 17.2±13.0 to 33.3±19.1 t/ha/year.

Mapping of drainage basin slopes allowed distinguishing areas with highest potential erosion rates. About 33% of elementary slopes of the studied drainage basin are characterized by the LS-factor value exceeding 1.5. In hypothetical case of cultivation of all basin slopes under bare fallow, 77% of elementary slopes will be characterized by very high and catastrophic potential erosion rates (>20 t/ha/year). For a range of locally typical crop rotations this percentage is reduced to 44%.

Application of radioactive isotopic tracer allowed us to obtain an independent evaluation of the model validity. Comparison of soil loss rates obtained independently by the model and the 137Cs radioactive tracer for the morphologically simple short runoff-dissipating slope has shown high degree of coincidence. However for the more complex long convex slope the model produced higher values of soil loss rates (sometimes more than twice) than the 137Cs-based estimates. It can be explained by the fact that the model takes no account of within-slope sediment redeposition which cannot be estimated by its current version.

перемещение наносовколичественная оценкакоэффициент доставкиморфометрический анализматематическое моделированиеload transportquantitative evaluationdelivery coefficientmorphometric studemath modelling.ReferencesАтлас радиоактивного загрязнения Европы цезием после Чернобыльской аварии. Люксембург: Офис официальных публикаций Европейской комиссии, 1998. 150 с.Atlas radioaktivnogo zagryazneniya Evropy tsziem posle Chernobyl’skoy avarii (Atlas of radio-contamination of the Europe by Cs after the Chernobyl crash). Luxemburg: Of. Ofish. Publ. Europ. Comm., 1998, 150 p.Бастраков Г.В., Ларионов Г.А. Эмпирические и полуэмпирические модели эрозии для инженерного обоснования почвозащитных и водоохранных мер // Эрозионные и русловые процессы / М-лы координац. совещ. вузов 1991–1995 гг. М.: Изд-во МГУ, 1996. Вып. 2. С. 12–24.Bastrakov G.V., Larionov G.A. Empirical and semi-empirical model of erosion for the purpose of engineering verification of soil- and water protective measures, in Erosionnye I ruslovye processy, materialy soveshchaniya vuzov 1991-1995 (Erosion and rub-off-river processes, University Conference papers 1991-1995). Moscow: MSU (Publ.), 1996, iss. 2, pp. 12-24.Беляев В.Р., Маркелов М.В., Голосов В.Н. и др. Использование 137Cs для оценки современной агрогенной трансформации почвенного покрова в районах чернобыльского загрязнения // Почвоведение. 2003. № 7. С. 876–891.Belyaev V.R., Markelov M.V., Golosov V.N., etc. Using 137Cs for evaluation of modern agrogenic transformation of soil cover in regions of Chernobyl infection. Eurasian Soil Sci., 2003, no. 7, pp. 876–891 (in Russ.).Беляев Ю.Р., Беляев В.Р., Голосов В.Н., Маркелов М.В. Особенности трансформации рельефа малого освоенного водосбора северо-запада Русской равнины за период агрикультурного освоения // Геоморфология. 2004. № 1. С. 50–63.Belyaev Yu.R., Belyaev V.R., Golosov V.N., Markelov M.V. Special aspects of relief transformation in small developed catchment area of north-west part of the Russian plain over an agricultural period. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2004, no. 1, pp. 50–63 (in Russ.).Бобровицкая Н.Н. Эмпирический метод расчета смыва со склонов // Сток наносов, его изучение и географическое распределение. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 202–211.Bobrovitskaya N.N. Empiric method of slope erosion calculation, in Stok nanosov, ego izuchenie I geograficheskoe raspredelenie (Sediment run-off, research and geographical spread). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1977, pp. 202–211.Бондарев В.П. Иерархия малых водосборных бассейнов // Геоморфология. 2010. № 2. С. 10–18.Bondarev V.P. Hierarchy of small catchment areas. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2010, no. 2, pp. 10–18 9in Russ.).Бондарев В.П., Голосов В.Н., Кузнецов П.В. Влияние морфометрических характеристик овражно-балочных систем на перераспределение наносов в их днищах // Геоморфология. 2005. № 2. С. 26–34.Bondarev V.P., Golosov V.N., Kuznetsov P.V. Ravine systems morphometric impact on reallocation of sediments in its bottoms. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2005, no. 2, pp. 26–34 (in Russ.).Бондарев В.П., Симонов Ю.Г. Морфометрия склонов овражно-балочных систем европейской части России // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 1999. № 4. С. 48–52.Bondarev V.P., Simonov Yu.G. Morpgometry of ravine systems slopes in the Europe part of the Russia. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 1999, no. 4, pp. 48–52 (in Russ.).Голосов В.Н. Использование радиоизотопов при исследовании эрозионно-аккумулятивных процессов // Геоморфология. 2000. № 2. С. 26–33.Golosov V.N. Using radioactive isotopes in research of erosion-and-accumulative processes. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2000, no. 2, pp. 26–33 (in Russ.).Джерард А.Дж. Почвы и формы рельефа. Комплексное геоморфологическое исследование. Л.: Недра, 1984. 208 с.Dzherard A. Dzh. Pochvy I formy rel’efa. Kompleksnoe geomorfologicheskoe issledovanie (Soils and land forms. Complex geomorphological research). Leningrad: Nedra (Publ.), 1984, 208 p.Динамическая геоморфология. М.: Изд-во МГУ, 1992. 448 с.Dinamicheskaya Geomorfologiya (Dynamic Geomorphology). Voscow: MGU (Publ.), 1992, 448 p.Заславский М.Н. Эрозия почв. М.: Мысль, 1979. 246 с.Zaslavskiy M.N. Eroziya pochv (Soil erosion). Moscow: Mysl’ (Publ.), 1979, 246 p.Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Маркелов М.В. Сопоставление методов оценки интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов на обрабатываемых склонах // Почвоведение. 2000. № 7. С. 898–906.Ivanova N.N., Golosov V.N., Markelov M.V. Comparison of evaluation methods of erosion-and-accumulative processes velocity on vultivation slopes. Eurasian Soil Sci., 2000, no. 7, pp. 898–906 (in Russ.).Израэль Ю.А., Квасникова Е.В., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Глобальное и региональное радиоактивное загрязнение европейской территории бывшего СССР // Метеорология и гидрология. 1994. № 5. С. 5–9.Izrael Yu.A., Kvasnikova E.V., Nazarov I.M., Fridman Sh. D. Global and regional radioactive pollution of the European part of the exist USSR. Russ. Meteorol. Hydrol., 1994, no. 5, pp. 5–9 (in Russ.).Инструкция по расчету гидрологических характеристик при проектировании противоэрозионных мероприятий. Л.: ВСНОО-ОО, 1982. 52 с.Instruktsiya po raschetu gidrologicheskih harakteristik pri proektirovanii protivoerozionnyh meropriyatiy (Direction for hydrologic performance computation under engineering erosion-preventing measures). Leningrad: VSNOO-OO, 1982, 52 p.Кузнецова Ю.С., Беляев В.Р., Голосов В.Н. Влияние детальности исходной информации о рельефе на точность расчетов темпов смыва почв со склонов // Геоморфология. 2011. № 4. С. 46–57.Kuznetsova Yu.S., Belyaev V.R., Golosov V.N. Influence of detailed raw data of relief on accuracy of calculation of slope soil erosion. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2011, no. 4, pp. 46–57 (in Russ.).Кузнецова Ю.С., Беляев В.Р., Маркелов М.В., Иванова Н.Н. Анализ пространственно-временной неоднородности эрозионно-аккумулятивных процессов на пахотном склоне (часть 1) // Геоморфология. 2007. № 1. С. 71–84.Kuznetsova Yu.S., Belyaev V.R., Markelov M.V., Ivanova N.N. Spatiotemporal dissimilarity analysis of erosion-and-accumulative processes on cultivated slopes (part 1). Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2007, no. 1, pp. 71–84 (in Russ.).Кузнецова Ю.С., Беляев В.Р., Маркелов М.В., Иванова Н.Н. Анализ пространственно-временной неоднородности эрозионно-аккумулятивных процессов на пахотном склоне (часть 2) // Геоморфология. 2007. № 2. С. 60–69.Kuznetsova Yu.S., Belyaev V.R., Markelov M.V., Ivanova N.N. Spatiotemporal dissimilarity analysis of erosion-and-accumulative processes on cultivated slopes (part 2). Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2007, no. 2, pp. 60–69 (in Russ.).Ларионов Г.А. Разномасштабная оценка и картографирование природной опасности эрозии почв // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 2000. Вып. 12. С. 49–62.Larionov G.A. Different-scale evaluation and mapping of natural soil erosion hazard, in Erosiya pochv I ruslovye process (Soil erosion and run-off-river processes). Moscow: MSU (Publ.), 2000, iss. 12, pp. 49–62.Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв. М.: Изд-во МГУ, 1993. 200 с.Larionov G.A. Eroziya I deflyatsiya pochv (Erosion and soil deflation). Moscow: MSU (Publ.), 1993, 200 p.Литвин Л.Ф., Голосов В.Н., Добровольская Н.Г. и др. Перераспределение 137Сs процессами водной эрозии почв // Водные ресурсы. 1996. Т. 23. № 3. С. 314–319.Litvin L.F., Golosov V.N., Dobrovolskaya N.G. Redistribution of 137Сs by processes of water soil erosin. Water Resour., 1996, v. 23, no. 3, pp. 314–319 (in Russ.).Острова И.В., Силантьев А.Н., Литвин Л.Ф. и др. Оценка интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов по содержанию в почве цезия-137 // Вестн. МГУ. Сер. 5. География. 1990. № 5. С. 79–85.Ostrova I.V., Silantiev A.N., Litvin L.F., etc. Intensity value of erosion-and-accumulative processes over Cs-137 in soils. Moscow Univ. Geogr. Bull., 1990, no. 5, pp. 79–85 (in Russ.).Сидорчук А.Ю., Голосов В.Н. Калибровка моделей почвенной эрозии на основе изучения выпадающих из атмосферы радиоизотопов // Почвоведение. 1993. № 7. С. 862–869.Sidorchuk A.Yu., Golosov V.N. Calibration of soil erosion model over atmospheric falling out radiation isotopes. Eurasian Soil Sci., 1993, no. 7, pp. 862–869 (in Russ.).Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г. Обнаружение промышленных загрязнений почвы и атмосферных выпадений на фоне глобального загрязнения. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 136 с.Silantiev A.N., Shkuratova I.G. Obnaruzhenie promyshlennyh zagryazneniy pochvy I atmosfernyh vypadeniy na fone globalnogo zagryazneniya (Detection of industrial soil pollution and atmospheric falls-out against global pollution). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1983, 136 p.Belyaev V.R., Golosov V.N., Kuznetsova J.S., Markelov M.V. Quantitative assessment of effectiveness of soil conservation measures using a combination of 137Cs radioactive tracer and conventional techniques. Catena. 2009. V. 79. P. 214–227.Belyaev V.R., Golosov V.N., Kuznetsova J.S., Markelov M.V. Quantitative assessment of effectiveness of soil conservation measures using a combination of 137Cs radioactive tracer and conventional techniques. Catena. 2009. V. 79. P. 214–227.Belyaev V.R., Wallbrink P.J., Golosov V.N. et al. A comparison of methods for evaluating soil redistribution in the severely eroded Stavropol region, southern European Russia // Geomorphology. 2005. V. 65. P. 173–193.Belyaev V.R., Wallbrink P.J., Golosov V.N. et al. A comparison of methods for evaluating soil redistribution in the severely eroded Stavropol region, southern European Russia. Geomorphology. 2005. V. 65. P. 173–193.Loughran R.J. The use of the environmental isotope cesium-137 for soil erosion and sedimentation studies // Trend in Hydrology. 1994. № 1. P. 149–167.Loughran R.J. The use of the environmental isotope cesium-137 for soil erosion and sedimentation studies. Trend in Hydrology. 1994. № 1. P. 149–167.Walling D.E., He Q. Improved models for estimating soil erosion rates from cesium-137 measurements // Journ. of Environmental Quality. 1999. № 28. P. 611–622.measurements // Journ. of Environmental Quality. 1999. № 28. P. 611–622.Walling D.E., He Q. Improved models for estimating soil erosion rates from cesium-137 measurement. Journ. of Environmental Quality. 1999. № 28. P. 611–622.Panin A.V., Walling D.E., Golosov V.N. The role of soil erosion and fl uvial processes in the postfallout redistribution of Chernobyl-derived cesium-137: a case study of the Lapki catchment, Central Russia // Geomorphology. 2001. V. 40. P. 185–204.Panin A.V., Walling D.E., Golosov V.N. The role of soil erosion and fluvial processes in the postfallout redistribution of Chernobyl-derived cesium-137: a case study of the Lapki catchment, Central Russia. Geomorphology. 2001. V. 40. P. 185–204.Renard K., Foster G., Weesies G. et al. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USDA Agric. Handbook. 1997. V. 703. 384 p.Renard K., Foster G., Weesies G. et al. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USDA Agric. Handbook. 1997. V. 703. 384 p.Ritchie J.C., McHenry J.R. Application of radioactive fallout cesium-137 for measuring soil erosion and sediment accumulation rates and patterns / J. Environ. Qual. 1990. V. 19. Р. 215–233.Ritchie J.C., McHenry J.R. Application of radioactive fallout cesium-137 for measuring soil erosion and sediment accumulation rates and patterns. J. Environ. Qual. 1990. V. 19. Р. 215–233.Walling D.E., Quine T.A. Calibration of cesium-137 measurements to provide quantitative erosion rate data // Land Degradation and Rehabilitation. 1990. № 2. P. 161–175.Walling D.E., Quine T.A. Calibration of cesium-137 measurements to provide quantitative erosion rate data. Land Degradation and Rehabilitation. 1990. № 2. P. 161–175.Wishmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses from cropland east of Rocky Mountains. Agric. Handbook. № 282. Washington. 1965. 48 p.Wishmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses from cropland east of Rocky Mountains. Agric. Handbook. № 282. Washington. 1965. 48 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.