CC BY
117
Список литературы:
1. ГОСТ 20444-85. Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики.
2. СНиП 23-03-2003. Защита от шума. - М., 2004.
3. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/fuz-zylogic/book1/index.php.
ОЦЕНКА ЭРОЗИОННОЙ ОПАСНОСТИ ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
© Павлова А.И.*
Новосибирский государственный университет экономики и управления,
г. Новосибирск
В статье приведен краткий анализ распространённых моделей водной эрозии почв, выполнена оценка эрозионного потенциала земель с использованием ГИС-технологий на примере Омской области. Это позволило разработать тематические карты эрозионного потенциала рельефа и потенциального смыва почв.
Ключевые слова: агроэкологическая оценка земель, водная эрозия почв, эрозионный потенциал рельефа, ГИС, морфометрические карты.
Актуальными направлениями научных исследований информационного обеспечения агроэкологической оценки земель является разработка математических моделей оценки эрозии почв. Данные математические модели позволяют производить оценку эрозионной опасности земель в количественной форме, необходимую для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, разработки почвозащитных мероприятий, прогнозирования процессов деградации почв от эрозии. Оценка степени эрозионной деградации почв осуществляется на основании измерений или расчета потерь почвенной массы на единицу времени (т/га в год) через величину потенциального смыва почв с учетом целого ряда зависимостей.
К настоящему времени число математических формул, используемых для оценки эрозии, насчитывается десятками. Однако общепринятой классификации математических моделей водной эрозии почв не существует. По мнению А.А. Светличного [1] это затрудняет планирование исследований и создает трудности по выбору адекватной модели при решении прикладных задач.
* Доцент кафедры Прикладных информационных технологий, кандидат технических наук, доцент.
В общем случае математические модели оценки водной эрозии почв делятся на две группы. К первой группе относятся модели, основанные на использовании эмпирических уравнений, полученных на основе обобщении экспериментальных данных [1-3]. Особенность этих моделей состоит в том, что они не включают описания процесса стока, модели строятся на предположении о стационарности процесса, высокой степени их пространственной и временной генерализации. Это 0-мерные модели, которые позволяют выполнять оценку величин смыва почвы в среднем для склона или другой территориальной единицы при использовании среднемноголетних данных. Поэтому модели данной группы не требовательны к информационному обеспечению и широко используются на практике. Наиболее известным, классическим представителем моделей данной группы служит, разработанное американскими учеными универсальное уравнение потерь почвы Уишмейе-ра-Смита (Universal Soil Loss Equqtion USLE). Универсальное уравнение потерь почвы в дальнейшем было усовершенствовано и получило название RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation).
Математические модели второй группы базируются на описании отдельных моделируемых процессов эрозии на основе фундаментальных законов физики. Закон сохранения вещества и энергии в моделях данного класса представляется в виде уравнений неразрывности воды и наносов и сохранения количества движения в дифференциальной форме. Основное достоинство моделей заключается в том, что для широкого круга возможных ситуаций остается неизменным вид уравнений, математические методы их применения. Модели данной группы являются одномерными (1D) или двумерными (2D), описывают эрозионные процессы в результате отдельного события - ливня или снеготаяния. Поэтому применение этих моделей ограничивается повышенной требовательностью к количеству и качеству исходной информации, а также требованиями к вычислительным ресурсам компьютеров [1]. К этой группе относятся модели В.В. Звонкова [4], Ц.Е. Мирцхулавы [5-6], Г.И. Швебса [7] и др. В последнее время предложено физически обоснованное уравнение отрыва почвенных частиц для оттаивающей почвы [8-9].
В последнее время активно ведутся научные работы по разработке математических моделей оценки эрозионного смыва почв и их практической реализация с помощью ГИС-технологий. Актуальным является вопрос о нормировании смыва почв, поиск критериев по ограничению смыва почвенной массы с крупных водосборных территорий. В качестве предельной величины допустимого смыва в литературе предлагается величина естественного прироста почвенной массы.
В России разработаны различные уравнения водной эрозии. Наиболее известной в практическом приложении является методика [10], применимая
в производственных условиях при землеустроительном проектировании на этапе разработки противоэрозионных мероприятий. В исследованиях для определения потенциального смыва почвы от стока талых (ливневых дождей) использованы методики [10-11], согласно которым эмпирическое уравнение эродирующей способности стока талых и ливневых вод описывается в виде формул:
где Э - потенциальный смыв от стока талых и ливневых вод
Этл) - потенциальный смыв от стока талых вод (ливневых дождей);
Кт(П) - эродирующая способность стока талых вод (ливневых дождей);
Я - коэффициент эрозионного влияния рельефа;
I - уклон, в процентах;
Ь - длина склона, м;
а - показатель, зависит от длины склона и уклона;
Кэ - коэффициент на экспозицию склона;
П - коэффициент относительной смываемости почвы.
При этом модель количественного смыва почв полностью раскрывает суть и дает математическое описание эрозионного процесса как физического явления. Модель обеспечивает достаточную точность между расчетными фактическими данными [12]. Полученные значения потенциального смыва почв были классифицированы на классы эрозионной опасности: менее 2,5; от 2,5 до 5,0; от 5,0 до 10; от 10 до 15; от 15 до 20; от 20 до 25; более 25 т/га в год.
Исследования выполнены на примере Омской области. Для оценки эрозионного потенциала земель разработана структура базы данных ГИС. Базовыми цифровыми картами при расчете эрозионного потенциала служили: морфометрические карты (уклонов рельефа, экспозиции склонов, горизонтального расчленения и глубины базисов эрозии), почвенная карта, климатическая. В базе данных карты потенциального смыва почв определены характеристики: ГО (уникальный номер контура), площадь (га), периметр (км), уклон (в процентах), базис эрозии (м), горизонтальное расчленение рельефа (км/км2), длина склона (м), категория склона, наименование почвы, почвенный индекс, коэффициент относительной смываемости почвы, коэффициент эрозионного потенциала рельефа, потенциальный смыв почвы (т/га в год), класс эрозионной опасности земель.
Результаты исследований показали, что наибольший вклад в расчеты потенциального смыва почв определяет величина эрозионного потенциала
Э = Э + Э
Э Эт 1 Эл
Э = К • Я • К
т т э
Эл = Кл • Я • П Я = Ьа • /145 • Кэ
л
(1) (2)
(3)
(4)
рельефа. В южно-таежной лесной подзоне Омской области освоены подзолистые и дерново-подзолистые почвы, залегающие по приречным увалам. Здесь распространены в основном слабоэрозионные земли, с величиной смыва почв от 1 до 3 т/га в год. Среднеэрозионные земли встречаются на юго-востоке Васюганского плато, где глубина базисов эрозии колеблется от 30 до 50 м, углы наклона рельефа от 3 до 5 градусов и более, а величина потенциального смыва почв достигает до 5-7,5 т/га в год.
Список литературы:
1. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока наносов и их оценка. -Л.: Гидрометеиздат, 1974. - 184 с.
2. Светличный А.А. Математическое моделирование водной эрозии: проблема классификации // Вестник Одесского национального университета. - 2010. - Т. 15, Вып. 5. - С. 32-40.
3. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна / А.С. Керженцев, Р. Майснер, В.В. Демидов и др. - М.: Наука, 2006. - 224 с.
4. Звонков В.В. Водная и ветровая эрозия земли. - М.: АН СССР, 1962. -175 с.
5. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. - М.: Колос, 1970. -240 с.
6. Мирцхулава Ц.Е. Методические рекомендации по прогнозу водной (дождевой) эрозии почв. - М., 1978. - 61 с.
7. Швебс Г.И. Формирование водной эрозии, стока наносов и их оценка. -Л.: Гидрометеиздат, 1974. - 184 с.
8. Верификация модели ВНИИЗиЗПЭ для прогноза водной эрозии на примере дерново-подзолистых почв Брянско-Белорусского Полесья / М.С. Кузнецов, В.В. Демидов, А.Ф. Черныш и др. // Сб. докл. междунар. научно-практической конференции, посвященной 75-летию Россельхозакадемии и 100-летию со дня рождения С.С. Соболева, 14-16 сентября 2004 г. «Агроэколо-гическая оптимизация земледелия», 14-16 сент. 2004 г. - Курск, 2004. -С. 296-298.
9. Кунецов М.С., Демидов В.В., Гендугов В.М. Опыт моделирования эрозии почв при снеготаянии // Почвоведение. - 2001. - № 8. - С. 1009-1014.
10. Методические указания по проектированию противоэрозионной организации территории при внутрихозяйственном землеустройстве в зонах проявления водной эрозии / Г.А. Карцев, А.Н. Лука, С.И. Носов и др. - М., 1989. - 79 с.
11. Колтунов В.М. Эколого-ландшафтная организация территории. - М.: ИК Родник, 1998. - 128 с.
12. Смирнова Л.Г., Нарожняя А.Г., Шамарданова Е.Ю. Сравнение двух методов расчета смыва почвы на водосборах с применением ГИС-техноло-гий // Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 9. - С. 10-12.
