CC BY
12xalqaro ilmiy-amaliy anjumani
2022 yil 30 noyabr | scientists.uz
ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ ЭРОЗИИ
З.А. Баходиров
Институт почвоведения и агрохимических исследований, с.н.с,д.ф.б.н(PhD)
А.Р. Маматкулов
Институт почвоведения и агрохимических исследований, докторант https://doi. о^/10.5281/1епойо.7333107
Аннотация. В этой статье рассматриваются аспекты моделирования ветровой эрозии, широко используемые модели ветровой эрозии и полноценные возможности по борьбе с ветровой эрозией при помощи моделирования. Приводим несколько видов широко используемых моделей во всём мире, а также их возможности для мониторинга ветровой эрозии и предотвращение их последствий.
Ключевые слова: почва, ветровая эрозия, модели ветровой эрозии, механизмы ветровой эрозии.
ВВЕДЕНИЕ. Начало научному подходу к изучению ветровой эрозии почв и разработке противоэрозионных мероприятий положено трудами классиков почвоведения: В.В. Докучаева, П.А. Костычева, Н.М. Сибирцева, В.Р. Вильямса, - их сотрудников и последователей, которые уделяли внимание ветровой эрозии в первую очередь в качестве фактора образования и преобразования почв, а также трудами великих исследователей Центральной Азии: Н.М. Пржевальского, Н.Ф. Дубровина, В.И. Роборовского, П.К. Козлова, Г.Е. Грум-Гржимайло, М.В. Певцова, Г.Н. Потанина, В.А. Обручева, которые исследовали физические, почвоведческие, геологические и географические аспекты ветровой эрозии [1].
МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ. В упрощенном виде процессы ветровой эрозии представляют собой движение почвенной массы под действием воздушных потоков. Для того чтобы выявить причины движения этих масс, необходимо уметь измерять это движение - измерять поток твердой фазы (т. е. почвы) в процессе эрозии [2]. В настоящее время для этой цели используют всевозможные пыле- и пескоуловители, фильтры, пьезоэлектрические устройства для регистрации перемещения почвенных частиц и т. п. [1]. Эти устройства, будучи помещенными в поток, в какой-то степени нарушают его физические характеристики, что отражается на эффективности измерения потока твердой фазы.
ОБСУЖДЕНИЕ. Моделирование ветровой эрозии началось еще в начале 60-х годов для полуколичественной оценки потерь почвы. Моделирование ветровой эрозии было и остается преимущественно полуэмпирическим методом и модели актуальны только для конкретных площадок, где и проводятся исследования, универсальной достоверной модели не существует. Эмпирические модели являются наиболее простыми и основаны на наблюдениях экспериментальных данных, т. е. они отражают факты и помогают прогнозировать, что произойдет в будущем. У таких моделей есть ограничения и недостатки, которые заключаются в отсутствии информации о пространственном распространении эрозии, однако при использовании ГИС-технологий эти недостатки можно преодолеть. Физические модели основываются на знаниях о фундаментальных эрозионных процессах и внедрении закона сохранения вещества и энергии. В теории
xalqaro ilmiy-amaliy anjumani
2022 yil 30 noyabr | scientists.uz
необходимые параметры можно измерить, но на практике значительное количество параметров требует постоянной калибровки.
Механизм работы моделей зачастую сложен, так же как и подготовка входных данных, это, как правило, требует вложения средств и времени, поскольку они включают данные, ограниченные мнением и компетенцией эксперта, и набором результатов полевых исследований. Эти ограничения можно преодолеть, если использовать спутниковые данные в сочетании с ГИС, которые позволяют отслеживать эрозию в динамике, контролировать изменения эрозионных процессов во времени и пространстве, что является основой при оценке, контроле и прогнозировании эрозии.
С развитием компьютерных технологий начали строить ГИС-модели развития эрозионных процессов. Например, уравнение ветровой эрозии (WEQ) широко используется для оценки ветровой эрозии в Монголии [3] в среде ArcGIS, модель включает метеорологические данные, значения стандартизованных индексов различий растительного покрова (NDVI), полученных с помощью MODIS, цифровую модель рельефа и почвенную карту Монголии.
В США проводились исследования по моделированию ветровой эрозии не только в полевом масштабе, но и на региональном уровне. Для этого использовалось модифицированное уравнение - Revised Wind Erosion Equation (RWEQ), ГИС и изображения Landsat [4]. ГИС-модели процессов ветровой эрозии разработаны в рамках проектов WEELS, Wind Erosion Prediction System (WEPS) и GIS-RWEQ [5], спонсируемых рядом европейских стран - European Soil Data Centre (ESDAC).
Модель WEELS обеспечивает прогноз развития эрозии на трех масштабных уровнях [6]. На региональном уровне она позволяет идентифицировать проблемные территории, по которым необходимо более детальное рассмотрение. Следующий уровень - определение риска ветровой эрозии на уровне конкретного участка на основе таких исходных параметров как характеристика верхнего слоя почвы, протяженность поля, преобладающие направления ветра и наличие ветровых барьеров. Третий уровень, для которого требуются наиболее подробные данные, обеспечивает моделирование воздействия ветровой эрозии на 30-летний период и составление прогнозов, базирующихся на сценариях возможного изменения климата и различных вариантах землепользования. Описанная процедура выделения проблемных участков и полей с потенциальным риском эрозии обеспечивает поиск "горячих точек" ветровой эрозии на региональном уровне. Необходимые для этого исходные данные доступны в большинстве государств Европы. Для более детальных исследований на уровне конкретных полей необходимо иметь соответствующие данные о верхнем слое почв, данные о форме поля и ветровых барьерах. Во многих европейских странах эти данные с разной степенью полноты могут быть получены на основе существующих цифровых наборов данных. Если таких данных нет, то необходимо проводить полевые исследования, а их результаты перевести в цифровой вид. Подход, ориентированный на выделение районов с потенциальным риском ветровой эрозии на разных территориальных уровнях, позволяет сфокусировать внимание и финансовые средства на самых уязвимых участках. В дальнейшем по выявленным "проблемным" полям оправдано проведение детального моделирования и создание прогноза реального риска ветровой эрозии [6].
xalqaro ilmiy-amaliy anjumani
2022 yil 30 noyabr | scientists.uz
ВЫВОДЫ. Подверженность почвы эрозии зависит от многих факторов, эти зависимости далеко не линейные и не могут быть с достаточной точностью описаны с использованием классических статистических подходов. С течением времени модели претерпевают изменения и совершенствуются.
При помощи моделирования ветровой эрозии мы можем своевременно принимать меры по снижению уровня деградации почв.
Используя перечисленные модели ветровой эрозии, у нас возникает возможность проводить мониторинги, прогнозировать эрозии почв, применять различные методы по борьбе ветровой эрозией и предсказывать масштабы вреда в будущем.
REFERENCES
1. Гендугов В.М., Глазунов Г.П. Ветровая эрозия почвы и запыление воздуха. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 240 с.
2. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв. М.: Издательство МГУ, 2020. 387 с.
3. Mandakh N., Tsogtbaatar J., Dash D. et al. Spatial assessment of soil wind erosion using WEQ approach in Mongolia // J. Geogr. Sci. 2016. Vol. 26. P. 473-483. DOI: 10.1007/s11442-016-1280-5.
4. Zobeck T.M., Parker C., Haskell S., Guoding K. Scaling up from field to region for wind erosion prediction using a field-scale wind erosion model and GIS, Agriculture // Ecosystems & Environment. 2000. Vol. 82. Iss. 1-3. P. 247-259. DOI: 10.1016/S0167-8809(00)00229-2.
5. . Borrelli P., Lugato E., Montanarella L., Panagos P. A New Assessment of Soil Loss Due to Wind Erosion in European Agricultural Soils Using a Quantitative Spatially Distributed Modelling Approach // Land Degradation & Development. 2017. Vol. 28. P. 335-344. DOI: 10.1002/ldr.2588.
6. Thiermann A., Sbresny J., Schäfer W. GIS in WEELS - Wind Erosion on Light Soils // GeoInformatics. 2002. No. 5. P. 30-33.
