CC BY
16
40 ЛЕТ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ ЭРОЗИИ ПОЧВ И РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ им. Н.И. МАККАВЕЕВА
Проблемная лаборатория эрозии почв и русловых процессов при географическом факультете МГУ быша создана Николаем Ивановичем Макка-веевым в начале 1969 г. С 1983 г. научное руководство лабораторией осуществляет ее заведующий проф. Р.С. Чалов. Лаборатория была образована как объединение нескольких групп исследователей эрозионных и русловых процессов в разных звеньях гидрографической сети, прежде всего это сотрудники Русловой и Черноморской экспедиций, лаборатории экспериментальной геоморфологии.
Научно-практические предпосылки создания лаборатории заключались в необходимости комплексного изучения флювиально-эрозионных процессов — наиболее мощного агента экзогенного перемещения литогенного вещества на поверхности суши, обеспечивающего до 85% его поступления в Мировой океан. Формирование этого потока вещества сопровождается чрезвычайно значимыми для человека явлениями: деградацией почвенного покрова; ухудшением качества земельных и водных ресурсов; размывами и намывами берегов и другими постоянно происходящими переформированиями речных русел, создающими угрозу разрушения инженерных объектов.
В основе изучения эрозии почв и русловых процессов лежат законы развития эрозионно-рус-ловых систем, сформулированные или предложенные Н.И. Маккавеевым, из которых следует, что работа всех водных потоков суши, от ручейков на склонах до русел дельтовых рукавов, взаимосвязана и взаимообусловлена, подчиняется законам гидромеханики и гидравлики, но в огромной степени определяется природно-хозяйственными условиями. Основные направления научной работы: 1) теоретические, экспериментальные и стационарные исследования закономерностей, механизма и взаимосвязей эрозионных и русловых процессов; 2) исследования территориального распределения и специфики этих процессов в Северной Евразии; 3) разработка теории и практики борьбы с эрозией почв, а также регулирования русел рек.
Первые работы в области эрозии почв, начатые по инициативе Н.И. Маккавеева (в 1972—1985 гг. их возглавлял проф. М.Н. Заславский), — научное обоснование и разработка генеральных схем противоэрозионных мероприятий для республик Северного Кавказа. Полевыми исследованиями, направленными на выяснение механизмов действия основных природно-хозяйственных факторов эрозии и их географической специфики, были охвачены практически все широтные ландшафтные зоны и высотные пояса земледельческой зоны России (Г.А. Ларионов, Л.Ф. Литвин, А.А. Ажигиров,
Н.Н. Азаркина, Л.Н. Ганжара, Ю.Г. Жаркова, З.П. Ки-рюхина, В.Н. Петров, Л.С. Самодурова и др.). Выявленные закономерности позволили создать логико-математические модели талой и дождевой эрозии, адаптированные к природно-хозяйственным условиям России, и оригинальную модель ветровой эрозии (Г.А. Ларионов), а также разработать методы картографирования основных факторов и количественной оценки интенсивности эрозии почв, обеспечивающие переход к инженерному проектированию противоэрозионных мероприятий.
Дальнейшая модернизация методов картографирования, использование ГИС-методов позволили автоматизировать проектирование противоэро-зионных мероприятий (С.Ф. Краснов). Составлена серия карт эрозионно опасных земель на отдельные хозяйства, бассейны и регионы, а также карты "Эрозионно опасные земли Нечерноземной зоны РСФСР" (З.В. Пацукевич и др.) и "Эрозионно опасные земли России" (масштаб 1:1 500 000), позволившие обосновать национальные природоохранные, экологические и других проекты. Анализ географических закономерностей основных факторов и процессов эрозии завершился схемой почвенно-эрозионного районирования России, разработкой ландшафтно-генетической классификации эрозии почв (Л.Ф. Литвин) и оценкой загрязнения поверхностных вод биогенными элементами (З.П. Кирю-хина, Л.Ф. Литвин).
Стационарные комплексные (почвенно-эрози-онные и овражные) исследования проводились с 1982 по 2000 г. на Боровской учебно-научной станции географического факультета. Впервые для юга таежной зоны были получены многолетние количественные характеристики стока воды и наносов в сопряженных склоновых и овражных водосборах, установлены региональные связи интенсивности эрозии на склонах и в оврагах с климатическими условиями, морфологией водосборов, агротехникой.
В 1970—1980-е гг. проводились широкие исследования ирригационной эрозии. Экспериментальные исследования талого и ливневого смыва, ирригационной эрозии предварялись конструированием оборудования и приборов. Были созданы установки экспериментального дождевания "Эра-1" и "Эра-2" (С.Ф. Краснов, Г.А. Ларионов, В.Н. Петров), до сих пор не превзойденные по идейно-техническому уровню, сконструированы и построены гидрологические лотки различных типов. Теоретический анализ и экспериментальные данные послужили основой для принципиально новой гидрофизической концепции эрозионных процессов, объединившей основные физические закономерности разрушения
почвы и транспортировки наносов склоновыми потоками (Г.А. Ларионов). В рамках этой концепции предложены новые модели-уравнения эрозии и транспортировки наносов, влияния плотности почв, концентрации и твердости наносов на эродирующую способность потока.
Большое внимание уделяется проблеме перераспределения веществ и эволюции (деградации) верхних звеньев эрозионно-русловых систем — важнейшим факторам экологической безопасности. Результаты анализа и сопоставления авторских оценок интенсивности эрозии почв, оврагообразования и данных о речных наносах на европейской части России выявили основные черты и соотношения перемещения вещества в руслах рек и в их бассейнах (Л.Ф. Литвин, Е.Ф. Зорина, З.П. Кирюхина и др.). Получены данные о динамике микробиаль-ного стока в бассейнах малых рек (Н.Г. Добровольская).
Принципиально новыми стали разработка и широкое использование радионуклидных методов исследования смыва и аккумуляции наносов, что позволило количественно оценить современную динамику процессов, а в перспективе организовать их мониторинг, значение которого для природоохранных проектов огромно (В.Н. Голосов, В.Р. Беляев, М.В. Маркелов). С использованием радионуклид-ных и традиционных географических методов были получены основные закономерности деградации малых рек Русской равнины (Н.Н. Иванова), установлены пространственно-временны е связи флювиа-льно-эрозионных процессов в эрозионно-русловой сети на равнинах Северного полушария (В.Н. Голосов). Работы этого направления пользуются повышенным вниманием мирового научного сообщества. В 2004 и 2007 гг. в МГУ были проведены конференции по этой тематике, организованные лабораторией под эгидой IANS и WASER.
Исследования овражной эрозии начинались с создания уникальных карт густоты и плотности оврагов на всю территорию СССР (Б.Ф. Косов, Г.С. Константинова, С.Д. Прохорова и др.). Эти материалы послужили методической и фактической базой при создании серии современных карт потенциала и опасности овражной эрозии (Е.Ф. Зорина, И.И. Никольская), изданных в атласах, например в Национальном атласе России, в Атласе природных и техногенных опасностей и рисков.
Значительный вклад в теорию оврагообразова-ния — разработка понятия и количественной модели "потенциала" овражной эрозии — предела максимального развития овражных систем (Е.Ф. Зорина), а также системы вероятностных пространственно-временны х оценок опасности овражной эрозии (Е.Ф. Зорина, М.В. Веретенникова). Теория стадийности оврагообразования получила количественное обоснование путем физического моделирования процесса (Б.Ф. Косов, И.И. Никольская).
В последнее время творческие усилия этой группы исследователей сосредоточились на новой проблеме эрозии — оврагообразовании на урбанизированных территориях, т.е. исследовании роли оврагов в экологическом состоянии и других аспектах жизни городов (С.Н. Ковалев и др.). В научно-практическом отношении важны методические разработки, обобщающие опыт полевых исследований по обследованию оврагов, количественной оценке модулей стока овражных выносов, опасности овражной эрозии (Е.Ф. Зорина, И.И. Никольская, С.Д. Прохорова), а также применению радиоизотопных маркеров для оценки развития оврагов и балок (В.Р. Беляев).
Исследования в области русловых процессов развивают первые работы, выполненные на факультете в конце 1950—1960-х гг. под руководством Н.И. Маккавеева. С тех пор были проведены широкие исследования русловых процессов на Аму-дарье, Оби, Бие, Катуни, Лене, Киренге, Волге, Оке, Днестре. Русловые изыскания на реках Обского бассейна, начатые в 1961 г., как и работы в бассейне р. Лены, продолжаются до настоящего времени. Эти исследования позволили систематизировать сведения о русловых процессах на реках Северной Евразии, обосновать общие закономерности и региональные особенности морфологии и динамики речных русел, формирующихся в различных природных условиях. Вся история развития учения о русловых процессах связана с запросами практики, поэтому в исследованиях преобладали прикладные аспекты. Результаты региональных исследований позволили сформулировать основные принципы регулирования речных русел для целей судоходства. В каждом случае разрабатывались мероприятия по улучшению условий судоходства, эффективные на конкретном участке реки. Они успешно внедрялись в практику при проведении дноуглубительных и выправительных работ, прежде всего на крупных реках Сибири.
Русловые процессы рассматриваются как звено единого эрозионно-аккумулятивного процесса, с присущими им закономерностями развития, механизмами формирования и пространственно-временны ми соотношениями эрозии, транспортировки и аккумуляции наносов. Сотрудниками лаборатории выполнено теоретическое обобщение обширных материалов по морфологии и деформациям русел малых, средних и больших рек, которые протекают в различных природных условиях и регионах, отличающихся различными комбинациями и соотношениями ведущих факторов русловых процессов; созданы классификации речных русел и русловых деформаций (Р.С. Чалов). Определены условия и причины формирования русел различных морфодинамических типов (А.С. Завадский, В.В. Иванов, А.А. Зайцев) и влияние на них различных нефлювиальных природных, а также антропогенных факторов.
Хозяйственная деятельность на реках приводит к таким преобразованиям речных русел, которые отрицательно сказываются на экологическом состоянии и самих рек, и прибрежных территорий. Влиянию последствий хозяйственной деятельности на русловые процессы уделяется большое внимание на протяжении всего периода деятельности лаборатории (К.М. Беркович, Н.Н. Виноградова, С.Н. Рулева). Разработаны схемы трансформации русел вследствие регулирования стока рек водохранилищами и разработки русловых карьеров, выполнены оценки гидроэкологических последствий естественных и антропогенных изменений русел, предложены подходы к регулированию русел и управлению русловыми процессами в изменяющихся условиях. На первый план выдвигаются вопросы учета русловых процессов при проектировании и строительстве инженерных сооружений в русле и на берегах рек, при проведении работ по регулированию русла. Они включают оценку опасности русловых процессов для различных сфер жизнедеятельности человека, предотвращение неблагоприятных проявлений русловых процессов, использование эрозионно-аккумулятивной работы речного потока в желательном направлении. Выполнена схема районирования территории России по антропогенной измененности речных русел.
В лаборатории давно и успешно применяются картографические методы исследования русловых процессов: создана серия карт для высшей школы "Русловые процессы на реках СССР", "Морфология и динамика русел рек европейской части России и сопредельных государств", "Русловые процессы на реках Алтая", а также карты опасности русловых процессов и экологической напряженности, представленные в ряде атласов (Р.С. Чалов, А.В. Чернов, Н.В. Анисимова, Л.В. Злотина, Н.М. Михайлова и др.).
Исследования в устьях северных рек, а позднее в устье Волги позволили выявить закономерности их развития как с точки зрения палеогеографии, так и современных русло- и дельтоформиру-ющих процессов. В 1970—1990-х гг. были выполнены обширные полевые исследования в устьях Таза и Пура, Енисея, Лены, Яны и Индигирки; проведен комплексный анализ гидролого-морфологических процессов; оценены трансформация стока воды и наносов, русловые процессы в дельтовых рукавах; предложены рекомендации по улучшению условий судоходства, в том числе на устьевых барах. Результаты работ отражены в ряде монографий (В.Н. Коротаев, Д.Б. Бабич, А.Л. Богомолов). Особое место занимают многолетние исследования нижней Волги, включая ее дельту. Геоморфологические и русловые исследования с применением новых геофизических методов позволили не только сделать геоморфологическое описание долины нижней Волги, но и установить динамику и иерар-
хию руслового рельефа, русловой режим дельтовых рукавов в связи с колебаниями уровня Каспийского моря.
Интересный синтез ландшафтоведения и учения о русловых процессах представляют работы лаборатории в области исследования ландшафтного облика пойм, его формирования и развития, связи с гидрологическим и русловым режимом рек, трансформации ландшафтов под влиянием антропогенных изменений условий формирования русел (Л.В. Злотина, В.В. Сурков).
Изучение эрозионно-аккумулятивных процессов в разных звеньях гидрографической сети привело к становлению концепции эрозионно-русло-вых систем как совокупности форм рельефа и процессов, развивающихся под воздействием водных потоков на земную поверхность. Выявлены взаимосвязи и механизмы взаимодействия и взаимозависимости структурных составляющих эрозионно-русловых систем (Р.С. Чалов, А.Ю. Сидорчук и др.). Такой подход позволил выявить положительные эффекты использования водных и земельных ресурсов, оценить устойчивость системы к внешним воздействиям, охарактеризовать экологическую роль и состояние речных бассейнов России. На основе этой концепции разрабатываются принципы рационального использования водных и земельных ресурсов в речных бассейнах, управления эрозион-но-аккумулятивными процессами.
Еще одно научное направление, развиваемое в лаборатории с самого начала ее деятельности, — исследование формирования россыпных полезных ископаемых и стационарные наблюдения за эрози-онно-аккумулятивными процессами. Оно возникло из опыта лаборатории экспериментальной геоморфологии, организованной Н.И. Маккавеевым в 1950-е гг. По существу, в работах группы сотрудников, возглавляемой Н.В. Хмелевой, заложены основы палеоруслового анализа. Закономерности перемещения наносов русловыми потоками использовались для поиска россыпных месторождений и прогноза коренных источников полезных минералов. Разработана оригинальная методика поиска и прогноза (О.В. Виноградова, Л.Г. Ивочкина, А.А. Самойлова, С.М. Сысоева и др.), успешно примененная в золотоносных районах Восточной Сибири и Северо-Востока России. Стационарные наблюдения впервые были организованы в начале 1960-х гг. Н.И. Маккавеевым на Западном Кавказе. Они включали изучение движения обломочного материала на склонах и в руслах водотоков. В результате обобщения более чем 20-летних наблюдений выявлены интереснейшие закономерности, изложенные в работе "Бассейн горной реки" Н.В. Хмелевой с соавторами.
Результаты научных исследований коллектива лаборатории, который включает 34 научных сотрудника, в том числе 9 докторов и 20 кандидатов наук, изложены в 72 монографиях, учебниках и
учебных пособиях, в отечественных и зарубежных журналах опубликовано свыше 1200 статей, издано 29 карт. Опубликованы такие крупные обобщения, как "Эрозия и дефляция почв" (Г.А. Ларионов), "География эрозии почв сельскохозяйственных земель России" (Л.Ф. Литвин), "Эрозионно-аккуму-лятивные процессы в речных бассейнах освоенных равнин" (В.Н. Голосов), "Овражная эрозия: закономерности и потенциал развития" (Е.Ф. Зорина), "Географический анализ антропогенных изменений русловых процессов" (К.М. Беркович), "Геоморфо-
логия речных дельт" (В.Н. Коротаев) и, наконец, фундаментальное "Русловедение" (Р.С. Чалов).
Выполнено около 200 научно-технических проектов. Экономическая эффективность научно-прикладных исследований составила сотни миллионов рублей. В экспедициях лаборатории прошли производственную практику несколько сотен студентов из МГУ, вузов России и стран СНГ. В лаборатории подготовлено 12 докторских и свыше 50 кандидатских диссертаций, сотни курсовых и дипломных работ.
К.М. Беркович, Л.Ф. Литвин
