Світличний О.О., Чорний С.Г.
Основи ерозієзнавства

Методи досліджень прояву водної ерозії. Польові методи оцінки величини ерозії

2.3. Методи досліджень прояву водної ерозії

Існуючі методи досліджень прояву водної ерозії грунту можна розділити на методи оцінки величини ерозії (ерозійних втрат грунту) і методи вивчення результату її дії – еродованих грунтів (рис.2.2). У першу групу входять польові, картографічні і геоінформаційні методи. Другу групу методів досліджень еродованих грунтів складають порівняльно-географічні, стаціонарні, балансові, дистанційні і, як і в першій групі, картографічні і геоінформаційні методи.

Рис. 2.2. Класифікація методів досліджень прояву водної ерозії

2.3.1. Польові методи оцінки величини ерозії

Найбільш поширений метод визначення величини ерозії – вимірювання обсягів змитого грунту через визначення розмірів струмкових водомиїв, що утворилися після зливи або танення снігу. Такий метод у літературі визначається як метод водомиїв. Авторами цього методу є П.Р. Земляницький (1937), М.М. Дрюченко (1937) та С.С. Соболев (1948). Сутність методу полягає в тому, що вздовж схилу закладаються профілі нівеліровки, на яких через 25-100 м закладаються облікові ділянки в 10-25 м. Вони розташуються, як правило, довгим боком вздовж горизонталей. На ділянках визначаються перетини водомиїв, обраховується їх обсяг, який потім перераховується в м3 або в тонни на гектар. Г.П. Сурмач (1976) запропонував втрати грунту (W, м3/га), які визначаються за методом водомиїв, розраховувати за формулою

W = 10000 · S / В, (2.7)

де S – сумарна площа перетинів водомиїв (м2), В – довжина профілю (м).

Виміри перетинів виконуються за допомогою геодезичних пристроїв, лінійок, градуйованих рейок, рулетки тощо. Точність методу залежить від урахування впливу звивистості водомию, частоти промірів тощо. Для врахування звивистості пропонується вводити певні коефіцієнти, які збільшують виміряні результати на 5-40% (Федоров, Шикула, 1973).

У той же час існує думка, що метод водомиїв дає занижені результати ще й з причин неврахування міжструмкової ерозії. Тобто при використанні цього методу вважається, що гребені між струмками під час дощу є постійними. Це суперечить спеціально проведеним дослідженням, у яких показано, що під дією енергії дощових крапель упродовж зливи відбувається сповзання стінок водомиїв, а в процесі ерозії при сніготаненні таке сповзання відбувається через тривале намокання та просідання грунту в проміжках між водомиями (Швебс, 1981). У той же час можливі помилки при використанні цього методу, які пов'язані з акумульованим грунтом, що був змитий вище по схилу. Тонкий шар наносів у водомиї може призвести до суттєвих помилок у загальній оцінці ерозії. А тому метод виміру величини ерозії шляхом визначення обсягів водомиїв підлягає корекції.

У літературі пропонується використовувати досить прості пристрої (наприклад, мережу реперів, якими можуть виступати, зокрема, металеві коли та шпильки), що дозволяють зробити кількаразові повторні вимірювання рівня грунту на заздалегідь визначених ділянках схилу. На основі таких вимірювань роблять висновки про інтенсивність ерозійного процесу. Визначають кілька способів використання таких реперів. Зокрема, попередньо визначається базис, що закріплюється реперами, на основі яких проводиться детальна топографічна зйомка схилів по квадратах. Необхідно лише простежити, щоб репери були міцно закріплені в грунті або грунтоутворюючій породі. Глибина закріплення повинна забезпечити такі умови, щоб репери не могли вертикально та горизонтально зміщуватися під дією бокового руху грунту та інших зовнішніх сил. Для цього, як правило, репер (шпилька) захищається обсадною трубою. Другий метод полягає в тому, що в кожній точці вимірювання знаходиться металевий кіл або шпилька з шайбами, які попередньо фіксуються на рівні грунту. Усі зміни рівня грунту відносно зафіксованого рівня дають уявлення про обсяги ерозії або акумуляції.

Варіаціями даного підходу є методи мікронівелювання, що використовувалися в Проблемній лабораторії ерозії грунту та руслових процесів у МДУ ім. М.В. Ломоносова (Актуальные вопросы.,1984).

До методів визначення змиву грунту за безпосередніми результатами ерозії слід віднести методи, які оцінюють ерозію за вимірами обсягів наносів. Для цього слід вимірювати ділянки акумуляції безпосередньо за зонами ерозії, а також наноси, що акумульовані біля валів-терас, у нагорних канавах, ставках тощо. При великих обсягах акумульованих наносів вони визначаються за допомогою звичайних геодезичних інструментів та інших вимірюваних приборів.

Що стосується визначення середньої багаторічної величини за матеріалами замулення ставків, то необхідно попередньо визначити обсяги та джерела живлення ставка наносами, а потім визначати обсяги ерозії. Ця процедура можлива лише за той період часу, який дорівнює терміну експлуатації ставка. Але й у цьому випадку можливі великі помилки, пов'язані з неможливістю врахування таких складових седиментаційного процесу, як грунт, що потрапив у ставок при руйнації його берегів, та наноси, які пройшли транзитом через ставок разом із рідким стоком.

До непрямих методів дослідження слід віднести оцінки втрат грунту за змінами вмісту в грунті ізотопу 137Cs. Цей ізотоп є одним із компонентів глобальних радіоактивних випадань, які утворилися внаслідок випробувань ядерної зброї в атмосфері з 1943 по 1967 pp. Іншим джерелом 137Cs в Україні є викиди радіонуклідів під час аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 році. 137Cs міцно сорбується грунтово-вбиральним комплексом і практично не мігрує по профілю. У землеробських грунтах у результаті багаторазових перемішувань грунту цей ізотоп рівномірно розподіляється в орному шару. До того ж на невеликих територіях (до кількох тисяч гектарів) величину випадінь 137Cs з атмосфери слід вважати величиною постійною. Горизонтальна міграція цього радіонукліда можлива лише з ерозійними процесами (Якимова, 1988; Булыгин и др., 1992). I.В. Якімовою (1988) запропонована методика відбору та аналізу зразків грунту, а також математичний вираз для визначення втрат грунту (Δh, см):

 (2.8)
де Н – потужність орного шару(см), n – кількість років, х – концентрація 137Cs в частках від еталону зразку грунту, що досліджується.

Порівняння визначених за (2.8) втрат грунту з іншими розрахунковими схемами показало в 80-90 pp. XX століття непогану збіжність результатів, що підтверджує надійність методу визначення втрат грунту за вмістом 137Cs. Сьогодні вже практично неможливо використовувати цей метод, спираючись лише на цезій ядерних випробувань, тому що його напіврозпад становить 30 років. У той же час чорнобильські радіонукліди поширені на відносно невеликій території України, а тому цей метод може бути використаний за певних територіальних і часових обмежень.