CC BY
28
УДК / UDC 912.43:[330.15+332.6]]:911.73:504.06(470.312)
ЛАНДШАФТНЫЙ ПОДХОД К ТЕРРИТОРИАЛЬНОМУ ПЛАНИРОВАНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ КАРТ ПЛАСТИКИ РЕЛЬЕФА
LANDSCAPE APPROACH TO THE TERRITORIAL PLANNING OF ENVIRONMENTAL SETTLEMENTS WITH THE HELP OF PLASTIC RELIEF MAPS
Степанова В.И., научный сотрудник Stepanova V.I., Researcher E-mail: agroecology@inbox.ru ФГБУН Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской академии наук (ИБП РАН), Московская область, Россия Federal State Budgetary Scientific Establishment Institute of Biological Engineering With Pilot Production of the Russian Academy of Sciences (IBE-RAS),
Moscow region, Russia Ишханова A.A., соискатель Ishkhanova A.A., Applicant E-mail: aishhanova@mail.ru ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени H.B. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
Степанов M.P., аспирант Stepanov M.R., Postgraduate Student E-mail: stepanson2008@gmail.com ФГБОУ ВО «Московский технологический университет (МИТХТ)»,
Москва, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education Moscow Technological University (MTU), Moscow, Russia
Целью исследования явилось описание отдельных хозяйств по элементам рельефа с учетом особенностей природно-территориального комплекса. Для установления структуры почвенного покрова надо определить его целостность, а в нем естественные элементарные ячейки, находящиеся между собой в определенных отношениях. Н.М. Сибирцев ввел в научный обиход термин «пластика рельефа». Он считал, что «почвенные пятна и ленты суть вместе с тем пятна и ленты рельефа» или что в почвообразовании «главное значение имеет рельеф местности, всегда отражающийся (почти с фотографической точностью) на характере почв». Между тем, наряду с полевыми и лабораторными исследованиями существует ряд картографических методов, которые позволяют дистанционно провести анализ территории как будущих строительных площадок, так и сданных в эксплуатацию строительных объектов. Одним из таких методов, прошедшим апробацию в данной отрасли хозяйства, является технология «Пластика рельефа», разработанная в Пущинском научном центре под руководством Заслуженного деятеля науки РФ проф. И.Н. Степанова. Разработанная методика позволяет с высокой степенью достоверности определять положение карстовых форм, оползневых объектов, направление и аккумуляцию поверхностных и грунтовых вод. Карта пластики дает новую, ранее не обнаруживаемую по традиционным картам, информацию о связи рельефа города и его инфраструктуры (дороги, мосты, постройки, подземные коммуникации) с элементами природы (грунтовыми и подземными водами, горными породами, почвами). В общих чертах указывается самое главное в свойствах земель - на каком элементе рельефа расположены земли того или иного участка, какие площади они занимают в пределах
повышений и понижений. Это обстоятельство (положение земель по элементам рельефа) имеет первостепенное значение для рационального ведения хозяйства -отличие почв повышений и понижений по водному и тепловому режимам помогает сориентироваться при выборе направления в ведении хозяйства: пашни, пастбища, лесные насаждения, животноводство, создание прудов для разведения рыбы. Ключевые слова: метод пластики рельефа, карта пластики рельефа, экопоселения, территориальное планирование, гидроэкологические проблемы.
The aim of the study was to describe individual farms on the elements of relief, taking into account the characteristics of the natural territorial complex. To establish the structure of the soil cover it is necessary to determine its integrity and natural elementary cells in it that are in certain relations with one another. N.M. Sibirtsev introduced the term "plastic of relief". He believed that "soil spots and ribbons are at the same time spots and ribbons of relief" or that "the main value is the relief of the terrain, always reflecting (almost with photographic accuracy) the nature of the soil". Meanwhile, along with field and laboratory studies, there are a number of cartographic methods that allow a remote analysis of the territory of both future construction sites and commissioned construction projects. One of these methods, which has been tested in this sector of the economy, is the technology of "plastic relief", developed in the Pushchin scientific center under the leadership of Honored scientist of the Russian Federation professor I.N. Stepanova. The developed method allows to determine the position karstic forms, landslide objects, direction and accumulation of surface and groundwater with a high degree of reliability. Plastic map gives a new, previously undetectable by traditional maps, information about the relationship of the relief of the city and its infrastructure (roads, bridges, buildings, underground utility services) with elements of nature (groundwater and undergroundwater, rocks, soils). In general terms, the most important things in the properties of land are on what element of the relief the lands of a particular site are located and what areas they occupy within the increases and decreases. This circumstance (the position of land on the elements of relief) is of paramount importance for the rational management of the economy. The difference between soil increases and decreases in water and thermal regimes helps to orient when choosing the direction in the management of the economy: arable land, pastures, forest plantations, livestock, creation of ponds for fish farming. Key words: the method of plastic relief, map of plastic of the relief, settlement, land-use planning, hydroecological problems.
Введение. В России стали стихийно появляться экопоселения - особый вид общественного ведения сельского хозяйства, который в России не имел аналогов. Одно из таких объединений экофермеров (НП «Славное») разместилось на землях Ясногорского района Тульской области в 20 км от Пущинского научного центра Российской академии наук, в котором имеется множество институтов, связанных с проблемами экологии. Это обстоятельство -близость экологического поселения к центру Российской экологической науки -позволило сотрудникам Лаборатории новых методов в биологии Института биологического приборостроения РАН заключить договор с НП «Славное» на выполнение работ по составлению некоторых карт экологического содержания на территорию НП «Славное». Методы и подходы ландшафтного планирования различаются в зависимости от решаемых практических задач, масштаба, особенностей и изученности территории планирования. Для комплексного исследования территории необходимо оценить все основные компоненты ландшафтов. Специфика ландшафтного планирования в России в том, что к разделам анализа ландшафтных компонентов добавляется раздел комплексной оценки свойств ландшафта как системы [1, 10].
Карта потоковых структур или пластики рельефа является основой предварительного территориального планирования, размещения жилых и
хозяйственных построек, расположения колодцев, а также почвенно-экологического и гидрологического прогнозов и соответствующих общих рекомендаций для рационального использования территории экологического поселения.
Важным шагом в становлении метода стала формализация нового изображения на новых географических картах и развитие применения метода в прикладном направлении, что было сделано профессором И.Н. Степановым и его последователями. Составление и анализ карт пластики рельефа позволили ученому установить, что вся поверхность нашей планеты представляет собой гигантский литодинамический каркас, дифференцированный на потоки-повышения и потоки-понижения. Уникальность метода пластики рельефа заключается в том, что он позволяет выявить локальные, региональные и глобальные закономерности формирования геологии и тектоники нашей планеты [2, 5, 8, 10].
1. Метод составления карты пластики рельефа. Карта составлена по горизонталям топографической основы М 1:10 000 методом пластики рельефа. Метод впервые предложен профессором И.Н. Степановым [3, 7-9] и получил в наши дни широкое распространение. Суть его заключается в нахождении визуально или по компьютерной программе точек перегибов горизонталей, которые затем соединяются изолинией, названной морфоизографой. Морфоизографа по точкам нулевой плановой кривизны отделяет выпуклые элементы рельефа от вогнутых как показано на карте, представленной на рис. 1. Морфоизографа расслаивает земную поверхность на два уровня (плана) -передний и задний. Образуются так называемые фигура (выпуклости-потоки, они закрашены) и фон (подложка белого цвета). Таким образом, с помощью только одной изолинии (морфоизографы) производится дифференциация рельефа территории на выпуклости и вогнутости, что на традиционных картах не делается - они являются одноплановыми. Двуплановость, объемность наших карт делает их более наглядными и информативными в отличие от традиционных карт рельефа.
Рисунок 1 - Карта пластики рельефа (потоковых структур) территории НП «Славный». М 1:10 000 (в 1 см 100 м), 2007 г. Потоки-повышения показаны коричневым цветом, белый фон - понижения. Сохранены горизонтали (без указания высот) и вся инфраструктура, которая имелась на топографической основе. Показаны земельные участки и их номера
На карте пластики рельефа можно дифференцировать территорию по высотам и показать различия в высотах цветом, что делает карту пластики рельефа легко читаемой. На карте сохранены горизонтали, которые показывают крутизну потоковых структур и фона и позволяют проверить достоверность выделенных нами границ потоков - морфоизограф (изолиний нулевой плановой кривизны).
Выпуклости названы потоками, так как они картографически отображают движение почвенно-геологической структурированной массы в поле земного тяготения. Основу потока составляют горные породы, в связи с чем в научную литературу он введён как литодинамический поток. Показанные на карте повышения являются лишь видимой частью потока - его вершиной, основная его часть («корни») расположена на глубине нескольких десятков метров.
2. Выбор места расположения жилых и хозяйственных построек. Деление на повышения и понижения помогает в определении места строительства жилых и хозяйственных построек (рис. 2). Так, жилой дом нами рекомендуется устанавливать в пределах области потоков-повышений, на более ровной, не крутой площадке. Если он не имеет квадратную форму, то должен быть ориентирован более длинной стороной параллельно потоку. Это позволяет геохимическим потокам «обтекать» дом. Ни в коем случае нельзя располагать строение на повышении и на понижении одновременно. Это грозит через несколько лет повреждением фундамента на месте границы между понижением и повышением и быстрым разрушением здания. Размещение дома в пределах понижений приведёт к подтоплению подвальных помещений, особенно в весенний и осенний периоды, когда дом будет находиться на пути передвижения талых и дождевых вод [4, 5].
Рисунок 2 - Пример расположения построек в пределах потоковой структуры: 1, 2, 6 - неправильное; 3, 5 - правильное
Анализ карты рис. 2 показывает следующее:
- постройки, обозначенные № 1, расположены неудачно, так как находятся на границе между повышением и понижением;
- строение № 2 расположено в неблагоприятном месте - в пределах карстовой полости;
- №№ 3 и 5 обозначены места благоприятного расположения построек - в пределах повышения, вдоль него, на сравнительно ровном участке территории;
- площадка № 4 является местом развития активного оползня;
- № 6 - участок расположен неблагоприятно - в понижении, поперёк геохимических и водных потоков.
Анализ поверхности территории и карт пластики рельефа позволил установить, что в пределах важных точек местности: начальных и бифуркационных точек литодинамических потоков не ведутся производственные работы, ведущие к загрязнению всей территории. Гидрологические объекты (колодцы, мелкие пруды) заложены согласно рекомендациям сотрудников Лаборатории новых методов в биологии и экологии Пущинского научного центра Российской Академии наук. Вся территория Общества состоит из малых хозяйств, площадью 1-5 га, что является нормой для ведения экологического земледелия. Незначительная площадь каждого КФХ позволила спланировать схему размещения хозяйств, согласно естественно-природных образований рельефа земной поверхности в виде литодинамических и геохимических потоков. Таким образом, хозяйства Общества органично вписываются в ландшафты территории, что позволяет рационально использовать земельные, водные и ландшафтные ресурсы. Это приведёт к восстановлению естественной структуры и плодородия почвенного покрова, сохранению и воспроизводству лесной растительности, сохранению благоприятного микроклимата территории.
3. Решение гидроэкологических проблем территории. Для решения гидроэкологической проблемы изучаемой территории нами составлена предварительная карта первого от поверхности водоносного горизонта, т.е. карта глубины вскрытия геологического слоя, насыщенного водой. Напомним, что воды различают по глубине их залегания на поверхностные, почвенные (глубина залегания 0,5-2 м), грунтовые (3-20 м), подземные (более 20 м). В данном случае рассматриваются грунтовые воды (первого от поверхности водоносного горизонта). Фрагмент карты грунтовых вод представлен на рис. 3.
Данная карта составлена в целях ориентировочного выявления некоторых закономерностей в распределении водных ресурсов территории. Карта показывает, что в целом грунтовые воды залегают на небольшой глубине - 3-9 м, что делает доступным ее получение без особых затруднений. Вода с экологической точки зрения чистая, пригодная для питья. Ее состав, на период исследований, подтвержден данными химических и бактериологических анализов. Установленный исходный первичный уровень состояния грунтовых вод позволит периодически, через определенный интервал времени (3-5 лет) точно фиксировать характер ее изменения под влиянием хозяйственной деятельности экопоселения.
Для первых лет ведения хозяйств, с учетом орошения земель, грунтовых вод будет достаточно. Но для дальнейшего прогноза необходимы сведения о планируемых орошаемых площадях, чтобы рассчитать расходы воды на полив и соотнести их с запасами водных ресурсов первого от поверхности водоносного горизонта. В случае больших расходов воды на бытовые нужды и на полив, придется провести изучение глубин залегания других (более глубоких) водоносных горизонтов, которые могут находиться на 20, 60, 80 м и более от земной поверхности и для их извлечения придется бурить дорогостоящие скважины. Поэтому следует более тщательно изучить современное состояние грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (3-9 м) с тем, чтобы сохранить их ресурсы и, главное, качество, столь необходимое для сохранения здоровья.
Особая естественная чистота грунтовых и подземных вод обусловлена тем, что источником их питания является Тульский угольный бассейн. Подземные воды ПН «Славный» очищаются угольными пластами [3, 6-8, 10].
Особое внимание при гидрогеологическом исследовании территории следует уделять расположению уборных и свалок мусора. Близкое залегание грунтовых вод и большие колебания водной поверхности, изменяющейся по сезонам года вплоть до полного заполнения колодца до нулевой отметки, заставляет обратить особое внимание на проблему возможного быстрого загрязнения грунтовых вод фекалиями, мусорными отходами, удобрениями и ядохимикатами.
эьс о
37ЭО
МЦ4 О
Рисунок 3 - Фрагмент карты грунтовых вод территории НП «Славный». М 1:10 000. Цифрами на гидроизогипсах показана глубина залегания первого от поверхности водоносного горизонта (в метрах)
На основе карты водоносного горизонта, нами были рекомендованы места заложения колодцев. Приведем идеализированную схему возможного (рекомендуемого в общих чертах) расположения колодцев. Из карты рис. 4 следует, что расположение колодцев №№ 1, 2, 3 является благоприятным, так как они расположены в пределах повышений. Положение колодцев №4 и №5 менее благоприятное - качество воды в колодце несколько ниже, но водный горизонт залегает неглубоко (режим его во многом зависит от осадков) и вода может использоваться для орошения участков.
Рисунок 4 - Пример расположения колодцев в пределах потоковой структуры
Исследования на местности показали, что глубина колодцев от 9 до 5 м, качество воды высокое.
Системность метода пластики рельефа означает, что отдельно расположенные возвышения в рельефе, долины и овраги формируют сеть взаимосвязанных друг с другом литодинамических потоков. Благодаря этому качеству возможно определение путей переноса геохимических веществ. Внесение на определённой территории в течение длительного времени удобрений через определённый промежуток времени проявится в нескольких километрах (или много дальше - в зависимости от интенсивности загрязнения, потоковых структур и многих других условий) в виде гибели отдельных с/х культур, заболевании деревьев и кустарников, людей. Понимание схемы потоковых структур как системы позволит рационально расположить объекты водохозяйственного назначения (пруды, колодцы).
Чрезмерная нагрузка на какой-либо из потоков приведёт к осушению его водосборной территории. Так расположение большого числа прудов в верхней части потока-повышения совместно с колодцами (кол.1, рис. 3), может привести к падению уровня воды в колодцах нижней части потока (кол.2 и кол. 3). Негативно может отразится на запасах воды в верхней части потока также и нерациональное использование водных ресурсов в нижней части потока (кол. 3) - использование насосов для орошения с.-х. угодий понизит уровень воды вышестоящих по потоку колодцев (кол. 2 и кол. 1). В этом случае следует иметь между соседями по потоку-повышению договорённость по использованию воды: в каких целях, в определённые дни и т.д. В этом случае преимущество не имеет ни одна из сторон, так как в верхней части потока вода чище, а в нижней части потока - она подходит ближе к поверхности, соответственно повышая влажность верхних горизонтов горных пород [7, 9, 10].
Запасы грунтовой воды на повышениях не такие большие, как в понижениях, но они чистые. Использовать их для полива надо осторожно, с большими перерывами, позволяя воде накапливаться в достаточных для полива объемах. Запасы грунтовой воды в понижениях более значительны, но в понижения стекают загрязнители с повышений, что делает эти воды мене пригодными для питья, хотя для орошения они пригодны и достаточны. Но изъятие этих вод в больших объемах может заметно понизить уровень воды в колодцах, расположенных на повышениях, и вообще изменить режим грунтовых вод всей территории экопоселения «Славный».
Выводы. Карта пластики рельефа имеет многоцелевое назначение. Она дифференцирует земную поверхность на повышения и понижения, образующие потоковую структуру в пределах которой происходит перемещение (смыв) горных пород, геохимических веществ, удобрений, загрязняющих веществ. Почвы повышений менее увлажнены, чем почвы понижений, что приводит к необходимости дополнительных мероприятий по орошению или осушению, соответственно. Почвы соседних повышений и понижений заметно отличается по свойствам, особенно гидротермическим и геохимическим. В результате измерений уровня воды в колодцах выявлено, что на повышениях водоносный горизонт расположен несколько глубже, чем в понижениях. Грунтовые воды повышений чище. В верхних точках потока водный горизонт располагается на глубине 7-9 м, ниже по потоку - 4-6 м, в нижней точке крупных оврагов и на уровне уреза рек - выходит на поверхность в виде ключей. Следует отметить, что ни в коем случае нельзя допускать прокладку дороги даже по незначительным понижениям. Проселочные дороги должны проходить только
по повышениям, что избавит от бесконечных и бесполезных ремонтных работ.
Проводить подземные коммуникации, планировать размещение жилых и
хозяйственных построек также следует с использованием карты пластики
рельефа - избегая перепадов высот по повышениям и понижениям.
Неправильное размещение приведет к быстрому износу кабеля и труб;
разрушению жилых и хозяйственных построек.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Ландшафтно-экологическое планирование для оптимизации природопользования // URL: https://www.researchgate.net/publication/305474774_ LANDSAFTNO-EKOLOGICESKOE_PLANIROVANIE_DLA_OPTIMIZACII_PRIRODOPOLZOVANIA.
2. Карта пластики рельефа как основа стратегии развития России // URL: http://www.prezidentpress.ru/news/4073-karty-plastiki-relefa-kak-osnova-strategii-razvitiya-rossii.html.
3. Степанов И.Н. Пространство и время в науке о почвах. М.: Наука, 2003. 184 с.
4. Степанов И.Н. Теория пластики рельефа и новые тематические карты. М.: Наука, 2006. 230 с.
5. Степанова В.И., Баранов И.П. Использование геоморфологического метода потоковых структур для прогноза месторождений нефти и газа // Материалы XXXIII пленума Геоморфологической комиссии РАН. Саратов, 2013. С. 450-453.
6. Изучение вторичного перераспределения цезия-137 на пахотном склоне с использованием элементов морфометрического анализа рельефа / И.П. Баранов, Е.А. Паниди, В.И. Степанова, Л.Н. Трофимец // Сборник статей XXXII Пленума Геоморфологической Комиссии РАН. Белгород, 2012. С. 157-162.
7. Степанова В.И. Использование геоморфологического метода потоковых структур в прецизионном земледелии // Сборник статей XXXII Пленума Геоморфологической Комиссии РАН. Белгород, 2012. С. 349-353.
8. Лопачев H.A. Экспериментально-теоретические основы использования потоковой структуры агроэкосистем в прецизионном земледелии: дис. ... д-ра с.-х. наук. Орел, 2008. 270 с.
9. Лошакова H.A. Использование метода пластики рельефа для составления и анализа почвенных карт: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 1988. 20 с.
10. Степанова В.И., Ишханова A.A. Использование карт пластики рельефа для решения экологических задач // Продовольственная безопасность: от зависимости к самостоятельности: сб. научно-практич. конф. Орел, 2017. С. 215-219.
