CC BY
62
география
удк 911.7
топологический анализ долин города саратова и модельного полигона на правобережье нижней волги
А.н. Башкатов
Саратовский государственный университет,
огиС прцнит
E-mail: [email protected]
в статье показаны результаты сравнительного анализа топологии долинных комплексов в пределах модельного полигона, расположенного на восточном макросклоне Приволжской возвышенности. Сопоставление урбанизированных и не урбанизированных территорий позволило выявить ландшафтные аналоги городским долинам. Полученные результаты дают основания для интерполяции геодинамических параметров эрозионной сети в целях выработки практических рекомендаций по экологической оптимизации градопланировочных решений.
Ключевые слова: долинные комплексы, топологический анализ, урбанизированная территория, экология города, нижняя волга.
The Topological Analysis of Valleys of a City of saratov and Modeling Range on a Right Bank of the Bottom Volga
A.N. Bashkatov
In article results of the comparative analysis of topology valleys complexes within the modeling range located on east macro-slope of the Privolzhsky height are shown. Comparison of the urbanized and not urbanized territories has allowed to reveal landscape analogs city valleys. The received results give the grounds for interpolation of geodynamic parameters of an erosive network with a view of development of practical recommendations about ecological optimization city planning decisions. Key words: valley complexes, topological analysis, urbanized territory, city ecology, Bottom Volga.
Постановка проблемы
Долинная сеть выполняет полярные экологические функции в ландшафтно-экологической системе г. Саратова. С одной стороны, долины малых рек и крупных овражно-балочных понижений представляют собой территории с добавочным увлажнением, на которых в условиях интразонального сухостепного ландшафта приволжских котловин ранее произрастали байрачные леса и пойменные луга. Это обусловило интенсивное сельскохозяйственное использование долин по окраинам города. С другой стороны, эрозионная сеть препятствовала транспортному строительству, ухудшала инженерно-геологические характеристики территории. В понижениях рельефа накапливались строительные и бытовые отходы, что привело к загрязнению поверхностных вод и образованию геохимических аномалий [1].
Причиной возникновения проблем является недостаточный учет всех структурно-функциональных свойств эрозионной сети. Градостроителям непонятно, как на практике можно использовать долины в экологически позитивных целях, какие функции по массоэнергопе-реносу выполняет русловой сток. Очевидными являются лишь фактор разрушения грунтов и потеря полезной площади. Поэтому исторически с оврагами на территории городов боролись или сваливали в них мусор. Как правило, ситуация с санитарно-гигиеническим состоянием,
водным балансом, дефицитом рекреационных пространств резко ухудшалась. Эрозионная опасность в городах не играет столь заметной роли, как в сельской местности. Прежде всего, обращает на себя внимание проблема ухудшения поверхностного и грунтового стока вследствие засыпки естественных дренажей, а также взаимосвязь долинной сети с тектоническими процессами, обусловливающими систематическое разрушение зданий и коммуникаций в так называемых геопатогенных зонах. В свою очередь, исследование геолого-геоморфологической структуры эрозионной сети на городской территории затруднено вследствие значительных изменений в долинах, связанных с градостроительной деятельностью. Мелкие элементы долинных комплексов засыпаны и застроены, гидрологический режим водотоков нарушен, стратиграфические разрезы закрыты. Поэтому целесообразно изучать эрозионную сеть городов в совокупности с аналогичными долинными системами, расположенными вне города, но в однородном физико-географическом и структурно-геоморфологическом районе [2].
обоснование выбора модельного полигона, состоящего из урбанизированного и не урбанизированного участков
Большая часть городов расположена по берегам рек и морей, в местах впадения крупных или мелких притоков. Побережье формируется как ландшафтный экотон, переходная структура между крупными геологическими и географическими элементами и обладает своеобразными свойствами на значительном своем протяжении.
Для анализа эрозионной сети Саратова был выбран полигон в пределах восточного макросклона Приволжской возвышенности от широты Саратова до границ с Волгоградской областью. В указанных границах восточный макросклон протянут почти на 100 км полосой шириной до 20 км. Его площадь составляет около 1000 км2. Многоступенчатый рельеф с перепадами от 270 до 20 м абс. высоты представлен несколькими поверхностями выравнивания от палеогенового до плейстоценового возраста. Рельеф чрезвычайно расчленен и осложнен многочисленными оврагами, балками и оползнями. Литогенная основа также разнообразна и представлена породами верхнемелового, палеогенового и четвертичного возрастов.
Исследуемая территория отличается ритмичностью ландшафтной структуры, что проявляется в виде чередования в пределах макросклона плоских водоразделов и долинообразных понижений широтного простирания. Водоразделы длиной до 3 км и шириной от нескольких сотен метров до 2 км являются продолжением основной поверхности Приволжской возвышенности и круто обрываются в сторону р. Волги. Их вос-
точные, северные и южные склоны, как правило, осложнены оползнями, значительно расчленены оврагами и промоинами. Со стороны акватории Волги они выглядят как плоские горы с крутыми склонами и традиционно называются «сыртами». Представляется удобным использовать это название для обозначения данных форм рельефа и при географической характеристике территории. Долинообразные понижения сопоставимы по размерам с водоразделами. Их происхождение нельзя в полной мере отнести на счет эрозионных факторов, так как ни размеры гидросети, ни модуль стока территории не позволяют сформировать относительно короткие, но широкие долины. Данные формы рельефа получили историческое название «буераков» [3]. Ритмичное чередование сыртов и буераков наблюдается в северной и южной частях исследуемой территории, что позволяет выделить модельные полигоны, ландшафтная структура которых воспроизводится на аналогичных территориях [4].
Значительная часть (около 2/3) территории Саратова находится в северной части модельного полигона. Долинная сеть города довольно разнообразна, но в целом обнаруживает значительное сходство с долинной сетью полигона.
Применяемые методики изучения эрозионной сети
Для определения степени риска возникновения эколого-геологических опасностей, связанных с эпигенетической эрозионной сетью, прежде всего, была проанализирована топологическая структура долинных комплексов в пределах модельного полигона, включая сеть долин на урбанизированной территории. Топологическая структура долинной сети, т.е. количество, порядок и длина притоков, имеет важное значения для определения тектонических особенностей территории, истории ее геологического развития, активности эрозионных процессов [5]. В условиях города обнаружить все притоки невозможно, так как многие из них засыпаны, а рельеф выровнен. Тем не менее путем исторической реконструкции удалось установить топологическую структуру долин размерностью выше 2-го порядка по дихотомической классификации В.П. Философова. Основой сравнительного анализа долин на урбанизированном и не урбанизированных участках полигона стала электронная карта топологической структуры долинных комплексов, выполненная на основе топографической карты масштаба 1 : 200 000.
На электронную карту линиями нанесены основные долины и их притоки, обозначенные на топографической карте. Конфигурация долин уточнялась по космоснимку поисковой системы GoogleMaps и частично полевыми маршрутами. Длина топологических элементов рассчитывалась
в ГИС-редакторе MapInfo Professional 8.0. Определялись также количество и порядок притоков и тип конфигурации долины.
Сравнительный анализ топологии долинных комплексов
Всего проанализировано 55 долинных комплексов. Все долины являются правыми притоками реки Волги с максимальной длиной 19 км. Простирание в целом широтное, направление течения восточное, в половине случаев колеблется от северо-восточного до южного. Расположение долин вдоль течения Волги ритмичное, с шагом между устьями примерно 2 км.
Строение долин разнообразное по конфигурации, но весьма схожее по составу основных элементов. Верховья долин, как правило, находятся под крутым уступом платообразного водораздела Волга-Дон и представляют собой распадки на склоне восточной экспозиции. Водотоки примерно в половине случаев начинаются в нижней части распадков с родников, разгружающихся по палеогеновым водоносным горизонтам. В ряде случаев (рр. Даниловка, Елань, Саранка) истоки формируются по ложбинам стока, выходящим на поверхность водораздела. В подуступной части русла часто теряются в делювиально-пролювиальном
плаще и вновь открываются в средней части. Средняя часть долин пролегает между отрогами главного водораздела, представляющими собой широтно-ориентированные водоразделы с крутыми боковыми склонами и выходящими к Волге. Склоны водоразделов осложнены многочисленными промоинами и оврагами, выходящими к тальвегу долины или висящими над ступенями поверхностей выравнивания акчагыльского и бакинского возраста. Устья долин узкие, иногда имеют естественные озера, подпруженные прибойными валами. Конусы выноса затоплены Волгоградским водохранилищем, в ряде случаев образующим заливы в устьевых частях долинах.
Морфометрические данные по долинным комплексам исследованной территории представлены в табл. 1.
Коэффициент разветвленности показывает, во сколько раз общая русловая длина превышает длину основного русла, и выражается отношением общей русловой длины к длине основного русла.
Коэффициент эрозии выражает степень развитости оврагов и выражается отношением длины оврагов к общей русловой длине.
По формуле притоков видно количество притоков, впадающих в основное русло и их притоков, а также количество оврагов, впадающих как в основное русло, так и русла притоков.
Таблица 1
Название Длина, м Длина с притоками, м Длина с оврагами, м Коэффициент разветвленности Коэффициент эрозии Количество притоков и оврагов Тип конфигурации
Даниловский 18900 51530 63140 2,7 0,2 7/6/15 Дуга
Тюрьма 4250 - 5170 1 0,2 0/0/2 Дуга
Белогорский 2250 - 2900 1 0,28 0/0/1 Прямой
Скоробогатов 980 4000 8900 4 1,2 2/0/5 Асимметричное дерево
Коновалов 730 3900 - 5,3 - 2/0/0 Вилка
Можжевеловый 950 - - 1 - 0/0/0 Прямой
Банный 7730 19340 25000 2,5 0,3 5/2/3 Двойное асимметричное дерево
Пустой Меловой 7500 9300 14000 1,2 0,5 2/0/5 Прямой с веерообразной макушкой
Меловая Речка 5150 24740 27220 4,8 0,1 3/3/2 Асимметричное дерево
Трубинская Речка 8500 13680 22480 1,6 0,6 2/0/6 То же
Сухая осина 4100 - - 1 - 0/0/0 Дуга
Морозовка 14880 20100 29000 1,3 0,4 1/1/6 Прямой с притоками сложной формы
Крутой 2780 - 3900 1 0,4 0/0/1 Вилка
Золотуха 15680 29600 45600 1,8 0,5 1/2/9 Прямой с притоками сложной формы
Каменка 17300 40500 49600 2,3 0,2 5/4/4 То же
Дубовский 12530 - 17950 1 0,4 0/0/3 То же
Продолжение табл. 1
Название Длина, м Длина с притоками, м Длина с оврагами, м Коэффициент развет-вленности Коэффициент эрозии Количество притоков и оврагов Тип конфигурации
Нижний Перелазовский 1320 - 2670 1 1 0/0/1 Вилка
Верхний Перелазовский 1620 - 700 1 0,4 0/0/1 То же
Старичий 1730 - 3000 1 0,7 0/0/1 - // -
Широкий 2700 - - 1 - 0/0/0 Прямой
Дикий 3100 - - 1 - 0/0/0 То же
Нижняя Студёнка 5450 7000 8800 1,3 0,2 1/0/2 Прямой с веерообразной макушкой
Верхняя Студёнка 3400 - 10000 1 2 0/0/3 То же
Гремучий 2650 - 4800 1 0,8 Вилка
Большая Мартышка 2250 - - 1 - 0/0/0 Дуга
Стяговая 4740 14000 24800 3 0,7 2/1/4 Асимметричное дерево
Мартышкин сад 3800 4900 - 1,2 - 1/0/0 Вилка
Елховая 2000 - 4000 1 1 0/0/1 То же
Матвеева 10000 14500 19500 1,4 0,3 1/1/3 Асимметричное дерево
Роща 6600 20500 - 3,1 - 3/0/0 То же
Еланка 6500 10750 - 1,6 - 1/0/0 Вилка
Сосновка нижняя 2600 3900 - 1,5 - 1/0/0 То же
Сосновка верхняя 2700 4000 - 1,5 - 1/0/0 - // -
Мекотная 6300 - - 1 - 0/0/0 Прямой
Бабановка 5500 7500 9200 1,3 0,2 2/0/2 Прямой с веерообразной макушкой
Белая речка 6500 16600 24700 2,5 0,5 3/4/7 Асимметрично е дерево
Есеевка 3600 - - 1 - 0/0/0 Прямой
Несветаевка 3600 - - 1 - 0/0/0 То же
Пудовкинский 5500 6100 8000 1,1 0,3 1/0/2 Прямой с веерообразной макушкой
Крутец 3200 - - 1 - 0/0/0 Прямой
Широкий буерак 9600 - - - - 0/0/0 То же
Формосово 3000 4000 - 1,3 - 1/0/0 Вилка
Калашников 3000 - - - - - Прямой
Красный Текстильщик 3600 - - - - - То же
Хмелёвка 7350 12800 14000 1,7 0,1 1/0/1 Вилка
Петровка 10600 14000 19000 1,3 0,4 1/0/7 Прямой с веерообразной макушкой
Багаевка 8100 - 13100 1 0,6 0/0/7 Прямой
Березина Речка 14350 32500 45400 2,3 0,4 3/0/5 Асимметричное дерево
Токмаковский 5100 - 6100 1 0,2 0/0/2 Прямой
Залетаевский 5500 11400 - 2 - 2/0/0 Вилка
Мутный Ключ 3600 4600 - 1,3 - 1/0/0 Прямой
Крутенький 3300 4700 - 1,4 - 1/0/0 То же
Окончание табл. 1
Название Длина, м Длина с притоками, м Длина с оврагами, м Коэффициент развет-вленности Коэффициент эрозии Количество притоков и оврагов Тип конфигурации
Кладбищенский 5000 8800 10600 1,7 0,2 1/0/1 Вилка
Белоглинский 5600 7100 - 1,3 - 1/0/0 Прямой
Глебучев 6000 18400 21800 3 0,2 4/0/4 Асимметричное дерево
Общая длина долин 315 270 м.
Общая длина долин с притоками 444 740 м.
Общая длина долин с притоками и впадающими крупными оврагами 565 030 м.
Таким образом, густота эрозионной сети высших порядков на исследованном участке восточного макросклона Приволжской возвышенности составляет около 0,5 км/км2. Если учитывать все овраги и крупные промоины, густота овражной сети доходит на отдельных участках до 1 км/км2 и более, что говорит о сильной и очень сильной овражности полигона в целом.
Разветвленность долин сильно варьирует: от 1 до 5-кратного превышения общей длины долинного комплекса над длиной основного русла от истока до устья. Тем не менее большинство долин имеет коэффициент разветвленности, равный единице, т.е. долины не имеют притоков. Это может свидетельствовать о тектонической обусловленности заложения долины по линии повышенной трещиноватости либо по брахиосклад-кам. Наиболее разветвленные долины приурочены к холмистым котловинам.
Овражная эрозия широко представлена в долинах и их притоках, что обусловлено значительным расчленением рельефа и преобладанием лег-коразмывающихся пород - супесей, лёссовидных суглинков, мергелей. В среднем длина крупных
оврагов составляет 20% к длине долинных комплексов, но может достигать и 100%. Наибольшее число оврагов характерно для участков долин, расположенных непосредственно под уступом макросклона и прилегающих к сыртообразным локальным водоразделам.
Распределение долин по типу конфигурации:
- асимметричное дерево - 9;
- вилообразный - 15;
- прямой - 16;
- дуга - 4;
- двойное асимметричное дерево (вилка с расходящимися развитыми долинами) - 1;
- прямой с веерообразной макушкой - 6;
- прямой с притоками сложной формы - 3;
- прямой с притоками простой формы - 1;
Выбор структурных аналогов городских долин на модельном полигоне
Выбор структурных аналогов городских долин на модельном полигоне осуществлялся с учетом следующих факторов:
1. Схожесть топологической структуры и морфометрических характеристик долин.
2. Схожесть геолого-геоморфологической ситуации водосборных бассейнов.
Структурные аналоги представлены в табл. 2.
Таблица 2
Долина на городской территории Структурный аналог на модельном полигоне
Глебучев овраг Даниловский овраг
Продолжение табл. 2
Долина на городской территории Структурный аналог на модельном полигоне
Белоглинский овраг Овраг Пустой Меловой
Кладбищенский овраг Хмелёвка
—----^ _
Мутный Ключ Трубинская Речка
Залетаевский овраг Хмелевка
Окончание табл. 2
Долина на городской территории
Токмаковский овраг
Саранка
Структурный аналог на модельном полигоне
Пудовкинский овраг
Стяговая
Выводы
1. При изучении топологической структуры долинной сети на урбанизированной территории может использоваться метод структурных аналогов. Сущность метода состоит в сопоставлении городских долин, схожих в структурном и ландшафтном отношении с долинами, находящимися в однородных геолого-геоморфологических и физико-географических условиях. С помощью сравнительного анализа возможна реконструкция морфологических и гидрогеологических параметров долинных комплексов на территориях, подвергшихся интенсивному техногенезу.
2. Для нижневолжского участка восточного макросклона Приволжской возвышенности присущи долинные комплексы с асимметричной древовидностью, резким нарастанием первых порядков притоков, широким распространением оврагов. Характерной особенностью долинной сети исследуемой территории является эпигенетическая, «наложенная» на грани тектонических блоков, структура.
Библиографический список
1. Башкатов А.Н. Овражно-балочная сеть как элемент ландшафтно-экологического каркаса г Саратова (методологические принципы и историческая реконструкция) // Географические исследования в Саратовском университете / Под ред. Е.А. Полянской. Саратов, 2002. С. 97-107.
2. Макаров В.З., Тарасова Л.Г., Чумаченко А.Н. и др. Историческая градоэкология: концептуальная основа, методология и практическая реализация на примере Саратова // Изв. Сарат. ун-та. 2001. Т. 1, вып. 1. С. 89-101.
3. Минх А.Н. Историко-географический словарь Саратовской губернии. Саратов, 1901. Т. 1. С. 94.
4. Башкатов А.Н. К познанию естественных степных ландшафтов восточного макросклона Приволжской возвышенности // Развитие физической географии и ландшафтной экологии в Саратовском университете. Саратов, 2005. С. 119-125.
5. Философов В.П. О значении порядков долин и водораздельных линий при геолого-геоморфологических исследованиях // Вопр. морфометрии. Саратов, 1967. Вып. 2.
