CC BY
0УДК 551.59: 631.4
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1487-1490
ДИНАМИКА ЭРОЗИОННОЙ ОПАСНОСТИ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ НА ТЕРРИТОРИИ Г. ВОЛГОГРАДА ЗА ПЕРИОД 1971-2023 ГГ.
DYNAMICS OF EROSION ACTIVITY OF ATMOSPHERIC PRECIPITATION ON THE TERRITORY OF VOLGOGRAD CITY FOR THE PERIOD 1971-2023
Шайфуллин М.Р., Андреева Д.А.
Shaifullin MR., Andreeva D.A.
Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН (ФНЦ агроэкологии РАН), Волгоград, Россия Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences (FSC Agroecology RAS), Volgograd, Russia
E-mail: maks.shayfullin@mail.ru
Аннотация. Приводится временная и количественная характеристика эрозионной активности осадков г. Волгоград в период с 1971 по 2023 гг. по данным метеостанции Волгоград из открытых источников (34561, 48°67' с.ш., 44°45' в.д.) с целью оценки климатического фактора развития водной эрозии почв в условиях изменяющегося климата на городской территории. Анализ данных показал, что на территории города за год случается в среднем 6 случаев выпадения осадков суточным слоем более 10 мм (это количество осадков считается эрозионноопасным) при среднем объеме суточного слоя осадков 17,8 мм. В ходе исследования выяснилось, что на территории Волгограда с периодичностью один раз в несколько лет случаются экстремальные ливни объемом более 50 мм. Анализ соотношения эрозионных дождей к общему количеству жидких атмосферных осадков тёплого периода показал, что около половины дождей считается эрозионно-опасными. В условиях засушливого климата это означает не только защиту ландшафтов от водной эрозии, но и решение задачи сохранения влаги путем снижения поверхностного стока, решение которой смогло бы компенсировать дефицит влаги. Климатический фактор при наличии густой гидрографической сети и обилии склоновых земель способствуют развитию разрушительных эрозионных процессов. Поэтому в целях противоэрозионной безопасности на территории г. Волгограда необходимо совершенствование системы противоэрозионной защиты.
Ключевые слова: ливневая эрозия, атмосферные осадки, Волгоградская область, деградация почв.
Abstract. Temporal and quantitative characterization of erosion activity of precipitation of Volgograd city in the period from 1971 to 2023 according to the data of Volgograd weather station from open sources (34561, 48°67' N, 44°45' E) is presented in order to assess the climatic factor of soil water erosion development in the conditions of changing climate in the urban area. The data analysis showed that in the city territory there are on average 6 cases of precipitation with a daily layer of more than 10 mm per year (this amount of precipitation is considered erosion-hazardous) with an average volume of daily precipitation layer of 17.8 mm. In the course of the study it was found out that in the territory of Volgograd with a periodicity of once in several years there are extreme rainstorms with a volume of more than 50 mm. Analysis of the ratio of erosion rainfall to the total amount of liquid precipitation during the warm period showed that about half of the rains are considered erosion hazardous. In conditions of arid climate this means not only protection of landscapes from water erosion, but also solution of the problem of moisture conservation by reducing surface runoff, the solution of which could compensate for moisture deficit. Climatic factor in the presence of dense hydrographic network and abundance of slope lands contribute to the development of destructive erosion processes. Therefore, for the purposes of erosion safety in the territory of Volgograd city it is necessary to improve the erosion protection system.
Key words. rainfall erosion, atmospheric precipitation, Volgograd region, soil degradation.
Введение. Проблема водной эрозии почв является актуальной для города Волгоград, ряд природных особенностей территории способствуют этому, в частности геоморфологический фактор, а именно обилие склоновых земель и густая эрозионно-гидрографическая сеть (рисунок 1). Так, площадь оврагов и балок составляет около 10% территории города. [1, 2].
Волгоград находится в сухостепной зоне, где дефицит влаги в почве является стабильной нормой в силу малого количества осадков (200-280 мм за год) и повышенной испаряемости [3]. Поэтому возникает необходимость в решении еще одной задачи, а именно накопление влаги за счет уменьшение поверхностного стока. Именно необходимость в дополнительной влаге определяет характер хозяйственной деятельности, ставя задачу сохранения зеленого каркаса территории и обеспечение древесного и кустарникового фондов необходимыми питательными
вещества. Примером подобной хозяйственной деятельности может послужить возведение и последующее сохранение лесополос. В свою очередь они повышают плодородие почв, задерживают дождевые осадки и снег, повышая влажность почв, влияют на микроклимат территории, а также способны укреплять почвы, тем самым сдерживая эолово-аккумулятивные процессы.
Рисунок 1. Рельеф и гидрографическая сеть г. Волгограда.
Таким образом, оценивая степень влияния процессов водной эрозии, крайне важным является дальнейшее их изучение, а также своевременная разработка и организация на подверженных территория комплекса противоэрозионных мероприятий. Учитывая совокупность факторов данного явления, можно выделить один из главных факторов, климатический, который непосредственно для теплого периода года характеризуется количеством атмосферных осадков при температуре выше 0°С. С целью охарактеризовать характер и частоты эрозионных процессов на территории г. Волгограда, был проанализирован эрозионный режим дождей, его отношение к общей сумме жидких осадков, а также повторяемость в период с 1971 г.
Материалы и методы. Для оценки эрозионного потенциала дождевых осадков наиболее приемлемым и распространённым способом является учёт величины слоя и повторяемости суточного слоя осадков, превышающего 10 мм [4, 5].
Текущий анализ современного режима эрозионной опасности дождей на территории г. Волгограда и его окрестностях был проведён на основе данных о суточном слое осадков метеостанции Волгоград (34561, 48°67' с.ш., 44°45' в.д.) за период с 1971 по 2022 гг., в весенний, летний и осенний периоды, по данным архива метеоданных справочно-информационного портала «Погода и климат» [6]. Также проанализированы среднегодовые значения температуры воздуха за исследуемые периоды и длительность безморозного периода.
Выделенные потенциальные эрозионные осадки были разделены на несколько групп, согласно суточному слою: более 10 мм (все эрозионные осадки), 10-20 мм, 20-30 мм, 30-40 мм,
40-50 мм, более 50 мм. Анализ данных проведён для частоты осадков и суточной суммы выпадающих указанными суточными слоями в программе MS Excel.
Результаты исследований и их обсуждение. В ходе проведённых исследований выявлено, что климатические характеристики г. Волгограда способствуют развитию ливневой эрозии почв. Так, согласно высчитанным среднемноголетним значениям, на исследуемой территории фиксируется, в среднем, 6 случаев эрозионных дождей мощностью суточного слоя 17,8 мм. Доля эрозионных дождей в общей сумме дождей тёплого периода составляет 46,4% (112,2 мм из 240,6 мм в год) (рисунок 2).
1Сумма атмосферных осадков, мм Сумма дождей, мм ^ИСумма эрозионных дождей, мм Линейный тренд
Рисунок 2. Динамика годовой активности атмосферных осадков.
Также для территории фиксируются экстремальные ливни мощностью более 50 мм в сутки, мощность максимального ливня, зарегистрированного метеостанцией, составила 71 мм в сутки (май 1990 г.).
Анализ климатических факторов за исследуемый исторический период позволил выявить следующие тенденции изменения климата. Происходит увеличение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества дней безморозного периода, начиная с 1970-х гг. среднегодовая температура в наши дни выросла на 2,5 °С, а длительность безморозного периода увеличилась на 42 дня (таблица 1).
Таблица 1
Среднемноголетние значения эрозионной опасности атмосферных осадков за период 1971-2023 гг., обобщённые по десятилетиям
Показатели / Года 1971-79 гг. 1980-89 гг. 1990-99 гг. 2000-09 гг. 2010-19 гг. 2020-23 гг.
Количество случаев, суток 7,3 6,5 6,9 6,5 5,1 5,5
Мощность суточного слоя, мм 17,1 19,9 17,1 18,8 15,8 17,9
Годовой слой дождей, мм 258,6 259,2 251,7 252,2 209,5 212,5
Годовой слой эрозионных дождей, мм 125 129,4 117,9 122,3 80,6 98,3
Доля эрозионных дождей от всех дождей, % 48 50 47 49 39 46
Среднегодовая температура воздуха, °С 8,1 8,1 8,7 9,4 9,8 10,6
Количество тёплых дней в году (Тср> 0°С) 253 253 262 271 269 295
Но фоне потепления климата происходит изменение режима осадков. Отмечается снижение количества годовых осадков, в частности, количество дождей, включая эрозионные. Однако, вместе с тем, зафиксирован рост эрозионной активности осадков. Начиная с 1988 года фиксируются экстремальные ливни мощностью более 50 мм, периодичностью раз в 4-5 лет
(рисунок 3).
Возрастание эрозионной опасности дождей на фоне снижения среднегодового увлажнения и повышения атмосферных температур в условиях засушливого климата грозит обострением проблемы деградации ландшафтов. Во-первых, усиливается дефицит атмосферной влаги, которая при выпадении эрозионных дождей теряется в виде поверхностного стока, который в свою очередь способствует развитию процессов водной эрозии почв, ослабляя её
продуктивность. Во-вторых, усиление засушливости климата ослабляет биопродуктивные возможности ландшафтов, а более слабый растительный покров усиливает податливость почв деградационным процессам, в частности, падает противоэрозионная и противодефляционная стойкость почв.
Рисунок 3. Гистограмма количества дней с эрозионными осадками по годам. Примечание. Линия соответствует сглаженному среднему. По оси ординат указана частота осадков определенного слоя.
Заключение. Анализ эрозионной опасности дождевых осадков за 53-х летний период показывает, что для изучаемой территории свойственны эрозионноопасные дожди. Этот фактор усугубляется большой эрозионной расчленённостью местности долинами рек, балками и оврагами, обилием склоновых земель [1, 2].
Также на данной территории, начиная с конца 80-х стали характерны экстремальные ливни мощностью более 50 мм в сутки с частотой один раз в 4-5 лет. Один такой ливень способен подвергнуть значительному смыву почвы и значительному размыву существующих промоинно-овражных сетей, так и образованию новых линейных эрозионных структур, повредить инженерные конструкции [7].
Вероятность подобных явлений необходимо учитывать при проектировании систем противоэрозионной защиты.
Полученные сведения об эрозионном потенциале дождей на территории Волгограда свидетельствуют о необходимости и важности внедрения комплекса противоэрозионных мероприятий с целью поддержания стабильности местных ландшафтных комплексов и безопасности городской инфраструктуры.
Список литературы
1. Самусь Н.А., Игнатенко О.Н., Самусь А.Н. Инженерная геология Волгоградской агломерации (Практический опыт): монография. М.: ООО «Геомаркетинг», 2010. 304 с.
2. Брылев В.А., Самусь Н.А., Славгородская Е.Н. Родники и реки Волгоградской области / Волгоградский обл. краеведческий музей. Волгоград, 2007. 198 с.
3. Сажин А.Н., Кулик К.Н., Васильев Ю.И. Погода и климат Волгоградской области / Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт». Волгоград, 2017. 334 с.
4. Пространственно-временные закономерности развития современных процессов природно-антропогенной эрозии на Русской равнине / под ред. В.Н. Голосова, О.П. Ермолаева. Казань: Изд-во АН РТ, 2019. 372 с.
5. Чижикова Н.А. Пространственно-временной анализ трендов изменений ливневых осадков на европейской территории России как фактора изменения темпов эрозионных процессов за период 19602015 // Сб. статей по материалам XI семинара молодых ученых вузов, объединяемых советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Нижний Новгород, 2016. С. 251-25.
6. Климат Волгоград город // Погода и климат - прогнозы погоды, новости погоды, климатические данные. 2023. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/weather.php?id=34561 (дата обращения: 4.10.2023).
7. Soil erosion and conservation. Third Edition. Morgan R.P.C. UK. Oxford, 2005. 304 p.
