Основные закономерности соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов рек США
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 5
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ 102.
1. Материал исследования 10
2.2. Метод исследования 15
ГЛАВА 3. КРАТКАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 17
3.1. Физико-географическое положение 17
3.2. Геология и тектоника 17
3.3. Климат 21
3.4. Поверхностные воды 24
3.5. Почвенный и растительный покров 27
3.6. Особенности хозяйственного использования 32
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 34
4.1. Общая оценка соотношения русловой и бассейновой составляющей стока наносов34
4.2. Влияния площади бассейна реки 40
4.3. Влияние широтной зональности и высотной поясности 41
4.4. Влияние общего стока взвешенных наносов на долю русловой его составляющей .45
4.5. Влияние внутригодовой неравномерности стока воды и наносов на русловую и
бассейновую составляющие стока 48
4.6. Влияние литологии пород на бассейновую составляющую стока 51
ГЛАВА 5. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СООТНОШЕНИЯ РУСЛОВОЙ И БАССЕЙНОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ ПОЛУЧЕННЫЕ ДЛЯ ТЕРРИТОРИЙ США И СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ 65
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 5
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ 102.
1. Материал исследования 10
2.2. Метод исследования 15
ГЛАВА 3. КРАТКАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 17
3.1. Физико-географическое положение 17
3.2. Геология и тектоника 17
3.3. Климат 21
3.4. Поверхностные воды 24
3.5. Почвенный и растительный покров 27
3.6. Особенности хозяйственного использования 32
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 34
4.1. Общая оценка соотношения русловой и бассейновой составляющей стока наносов34
4.2. Влияния площади бассейна реки 40
4.3. Влияние широтной зональности и высотной поясности 41
4.4. Влияние общего стока взвешенных наносов на долю русловой его составляющей .45
4.5. Влияние внутригодовой неравномерности стока воды и наносов на русловую и
бассейновую составляющие стока 48
4.6. Влияние литологии пород на бассейновую составляющую стока 51
ГЛАВА 5. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СООТНОШЕНИЯ РУСЛОВОЙ И БАССЕЙНОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ ПОЛУЧЕННЫЕ ДЛЯ ТЕРРИТОРИЙ США И СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ 65
Одним из объективных и достаточно точных показателей для определения активности эрозии в границах их водосборов является сток взвешенных наносов рек (Бобровицкая, 1977; Гусаров, 2013; Дедков, 1984), не смотря на то, что существенная часть продуктов эрозии аккумулируется в понижениях, на поймах и руслах рек. Доля этих продуктов эрозии в пределах бассейна неодинакова, в силу различных геолого-геоморфологических и ландшафтно-климатических условий. Вполне вероятно, что она может составлять значительную, а то и основную часть всех продуктов эрозии. И соответственно, при оценке общей эрозионно-денудационной активности только по стоку взвешенных наносов рек, допускают некоторые погрешности (Гусаров, 2015). Тем не менее, сток взвешенных наносов зависит от интенсивности процессов эрозии и суммарной денудации в пределах всего речного бассейна.
Наряду с определением общей интенсивности эрозии, в речных бассейнах взвешенные наносы пригодны и для расчета ее структуры - выделение русловой и бассейновой (почвенно-овражная эрозия) составляющих. Использование этого подхода при оценке эрозионной структуры в речных бассейнах в региональных и глобальных исследованиях более предпочтительно по целому ряду причин (Гусаров, 2013).
Целью настоящей работы является выявление основных закономерностей соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах Северной Америки на примере территории Соединенных Штатов Америки.
Основные задачи, стоящие перед исследованием, заключаются в следующем:
1. Составление базы данных по стоку воды и взвешенных наносов для последующего анализа географических условий формирования русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов.
2. Выделение русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах с использованием математических методов.
3. Анализ факторов, влияющих на соотношение русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов рек территории США.
4. Сопоставление полученных результатов соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов рек на территории США и Северной Евразии.
Научная новизна работы заключается получение новых данных и сравнении ранее полученных представлений о закономерностях соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах, изложенные в работах А.В. Гусарова (2015), А.П. Дедкова, В.И. Мозжерина (1984).
Наряду с определением общей интенсивности эрозии, в речных бассейнах взвешенные наносы пригодны и для расчета ее структуры - выделение русловой и бассейновой (почвенно-овражная эрозия) составляющих. Использование этого подхода при оценке эрозионной структуры в речных бассейнах в региональных и глобальных исследованиях более предпочтительно по целому ряду причин (Гусаров, 2013).
Целью настоящей работы является выявление основных закономерностей соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах Северной Америки на примере территории Соединенных Штатов Америки.
Основные задачи, стоящие перед исследованием, заключаются в следующем:
1. Составление базы данных по стоку воды и взвешенных наносов для последующего анализа географических условий формирования русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов.
2. Выделение русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах с использованием математических методов.
3. Анализ факторов, влияющих на соотношение русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов рек территории США.
4. Сопоставление полученных результатов соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов рек на территории США и Северной Евразии.
Научная новизна работы заключается получение новых данных и сравнении ранее полученных представлений о закономерностях соотношения русловой и бассейновой составляющих стока взвешенных наносов в речных бассейнах, изложенные в работах А.В. Гусарова (2015), А.П. Дедкова, В.И. Мозжерина (1984).
1) Русловая составляющая и стока взвешенных наносов Грусл, в среднем, не более 15%: по равнинным рекам - 10.5 ± 1.6%, по низкогорным - 6.7 ± 1.8%, по среднегорным - 3.6 ± 1.2%. Средний для США показатель Грусл - около 8%.
2) На соотношение русловой и бассейновой составляющих особую роль играет ландшафтно-климатические характеристики территории. Наибольшие показатели Грусл для равнин характерны для зоны тундр (16.7±1.4%) и зоны тайги и смешанных лесов (22.3±0.0%). Наименьшие показатели доли русловых наносов характерны для аридных зон, в которых величина Грусл не превышает 5-6% (“Средиземье” - 3.1±0.0% зона степи - 6.0±1.2%). Сходная тенденция наблюдается и по низкогорным регионам (зоны тайги и смешанных лесов - 7.1±0.0% (наибольшая), зона пустынь и полупустынь - 2.4±0.6%(наименьшая)). Для среднегорий эта тенденция “затухает” на фоне крайне низких значений русловой составляющей. Кроме того, наблюдается тенденция увеличения показателя Грусл в реках равнин по направлению к лесным зонам (широколиственный лес - 8.3±2.1%, тропический лес - 6.7±2.4%).
3) Наблюдается обратная гиперболическая зависимость между общей массой взвешенного материала рек и долей наносов руслового происхождения. Эта зависимость более всего проявляется на равнинах США, по мере роста высот речных бассейнов степень ее проявления снижается.
4) Роль агрикультурной деятельности конкретизирует эту зависимость еще в большей степени. По мере роста агрикультурной освоенности наблюдается снижение критической величины стока взвешенного материала, выше которой Грусл оценивается не более 10-11%. Для малых рек критическая
величина составляет - 61 т/км2 х год и 66 т/км2 х год, для средних рек - 60 т/км2 х год и 41 т/км2 х год для 2 и 3 категорий освоенности соответственно.
5) Влияние площади бассейна наиболее четко проявляется на равнинных территориях. По мере роста речного бассейна наблюдается снижение критической величины стока взвешенного материала, выше которого Грусл не превышает 10-11%. Для малых рек критическая величина составляет - 150-200 т/км2 х год, для средних рек - менее 100 т/км2 х год, для крупных рек - 40-50 т/км2 х год.
6) При значениях внутригодовой неравномерности стока воды Cv(Q) как в равнинных, так и низкогорных и среднегорных реках, не превышающих 40-50%, не отмечается присутствие наносов русловой эрозии (зона отсутствия русловых наносов). По значениям Cv(R) для равнинных рек - в интервале от <80%, для низкогорных рек - <100 % и среднегорных - <160% соответственно не отмечается наносов руслового компонента в общем стоке взвешенных наносов R.
7) Отмечена тенденция снижения от равнинных областей к горным критических величин внутригодовой неравномерности, как для стока взвешенного материала, так и для стока воды Cv(Q) и стока наносов Cv(R). Кроме того, наблюдается снижение диапазонов их разброса: от 35% до 170% (диапазон окна - 135%), от 50 до 140% (диапазон окна - 90%), от 60% до 120% (диапазон окна - 60%), по Cv(R): для равниных рек - от 80% до 380% (диапазон окна - 300%), для низкогорных рек - от 100% до 250% (диапазон окна - 150%), для среднегорных рек - от 160% до 165% (диапазон окна - 5%).
8) В анализируемом регионе не отмечена существенная роль литологического фактора в формировании структуры взвешенных наносов. По полученным результатам исследований, были выявлены в основном высокие значения бассейновой составляющей для всех литологических комплексов (85-98%).
9) По результатам сопоставления исследований по 2 регионам США и Северной Евразии выводы можно представить в виде общих положений:
A) В целом получены приблизительно равные значения средних величин русловой составляющей Грусл по высотным и площадным категориям.
Б) Высокие значения величин русловой составляющей стока наносов характерны для зон тундр, тайги и смешанных лесов, а низкие значения для аридных зон.
B) Относительно низкие значения величины Грусл характерны для низкогорных и горных рек в целом, в соответствии с преимущественно галечным и валунно-галечным сложением их речных русел.
Г) Наблюдается обратная гиперболическая зависимость между общей массой взвешенного материала рек и долей наносов руслового происхождения, и с ростом высот речных бассейнов степень ее выраженности снижается.
Д) С ростом агрикультурной освоенности и площади бассейна отмечается снижение критических величин, выше которой Грусл оценивается не более 10-11%.
Е) Не отмечена роль литологического фактора в формировании структуры взвешенных наносов рек. Получены высокие значения бассейновой составляющей для всех литологических комплексов.
2) На соотношение русловой и бассейновой составляющих особую роль играет ландшафтно-климатические характеристики территории. Наибольшие показатели Грусл для равнин характерны для зоны тундр (16.7±1.4%) и зоны тайги и смешанных лесов (22.3±0.0%). Наименьшие показатели доли русловых наносов характерны для аридных зон, в которых величина Грусл не превышает 5-6% (“Средиземье” - 3.1±0.0% зона степи - 6.0±1.2%). Сходная тенденция наблюдается и по низкогорным регионам (зоны тайги и смешанных лесов - 7.1±0.0% (наибольшая), зона пустынь и полупустынь - 2.4±0.6%(наименьшая)). Для среднегорий эта тенденция “затухает” на фоне крайне низких значений русловой составляющей. Кроме того, наблюдается тенденция увеличения показателя Грусл в реках равнин по направлению к лесным зонам (широколиственный лес - 8.3±2.1%, тропический лес - 6.7±2.4%).
3) Наблюдается обратная гиперболическая зависимость между общей массой взвешенного материала рек и долей наносов руслового происхождения. Эта зависимость более всего проявляется на равнинах США, по мере роста высот речных бассейнов степень ее проявления снижается.
4) Роль агрикультурной деятельности конкретизирует эту зависимость еще в большей степени. По мере роста агрикультурной освоенности наблюдается снижение критической величины стока взвешенного материала, выше которой Грусл оценивается не более 10-11%. Для малых рек критическая
величина составляет - 61 т/км2 х год и 66 т/км2 х год, для средних рек - 60 т/км2 х год и 41 т/км2 х год для 2 и 3 категорий освоенности соответственно.
5) Влияние площади бассейна наиболее четко проявляется на равнинных территориях. По мере роста речного бассейна наблюдается снижение критической величины стока взвешенного материала, выше которого Грусл не превышает 10-11%. Для малых рек критическая величина составляет - 150-200 т/км2 х год, для средних рек - менее 100 т/км2 х год, для крупных рек - 40-50 т/км2 х год.
6) При значениях внутригодовой неравномерности стока воды Cv(Q) как в равнинных, так и низкогорных и среднегорных реках, не превышающих 40-50%, не отмечается присутствие наносов русловой эрозии (зона отсутствия русловых наносов). По значениям Cv(R) для равнинных рек - в интервале от <80%, для низкогорных рек - <100 % и среднегорных - <160% соответственно не отмечается наносов руслового компонента в общем стоке взвешенных наносов R.
7) Отмечена тенденция снижения от равнинных областей к горным критических величин внутригодовой неравномерности, как для стока взвешенного материала, так и для стока воды Cv(Q) и стока наносов Cv(R). Кроме того, наблюдается снижение диапазонов их разброса: от 35% до 170% (диапазон окна - 135%), от 50 до 140% (диапазон окна - 90%), от 60% до 120% (диапазон окна - 60%), по Cv(R): для равниных рек - от 80% до 380% (диапазон окна - 300%), для низкогорных рек - от 100% до 250% (диапазон окна - 150%), для среднегорных рек - от 160% до 165% (диапазон окна - 5%).
8) В анализируемом регионе не отмечена существенная роль литологического фактора в формировании структуры взвешенных наносов. По полученным результатам исследований, были выявлены в основном высокие значения бассейновой составляющей для всех литологических комплексов (85-98%).
9) По результатам сопоставления исследований по 2 регионам США и Северной Евразии выводы можно представить в виде общих положений:
A) В целом получены приблизительно равные значения средних величин русловой составляющей Грусл по высотным и площадным категориям.
Б) Высокие значения величин русловой составляющей стока наносов характерны для зон тундр, тайги и смешанных лесов, а низкие значения для аридных зон.
B) Относительно низкие значения величины Грусл характерны для низкогорных и горных рек в целом, в соответствии с преимущественно галечным и валунно-галечным сложением их речных русел.
Г) Наблюдается обратная гиперболическая зависимость между общей массой взвешенного материала рек и долей наносов руслового происхождения, и с ростом высот речных бассейнов степень ее выраженности снижается.
Д) С ростом агрикультурной освоенности и площади бассейна отмечается снижение критических величин, выше которой Грусл оценивается не более 10-11%.
Е) Не отмечена роль литологического фактора в формировании структуры взвешенных наносов рек. Получены высокие значения бассейновой составляющей для всех литологических комплексов.