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

Кількісна характеристика протиерозійної стійкості грунтів

Усі існуючі підходи, що дозволяють кількісно визначити протиерозійну стійкість грунту як його здатності протистояти руйнуючій дії поверхневого стоку і крапель дощу, спираються або на лабораторні дослідження, що моделюють опір водної ерозії спеціально підготовлених зразків грунтів, або на дослідження в польових умовах на стокових майданчиках.

Інтенсивність змиву в певних «еталонних» або «стандартних» умовах у вигляді абсолютних або відносних показників використовується в так званих фізико-статистичних емпіричних моделях змиву грунту, на яких до цього часу базується практика протиерозійного проектування в більшості країн світу. Зокрема, в Універсальному рівнянні втрат грунту США (USLE) фактор схильності грунтів до ерозії (К-фактор) для конкретного грунту є інтенсивністю ерозійного процесу на одиницю кліматичного показника ерозії (ерозійного індексу опадів) для стандартної ділянки (розміром 22,13x1,83 м, з ухилом, що дорівнює 9% (обробіток упоперек схилу, рослинність відсутня)). К-фактор залежить від властивостей грунту, які визначають швидкість фільтрації води, загальні водоутримуючі властивості, здатність до диспергування, зв'язність грунту тощо. Прямі визначення фактора К є досить трудомісткою процедурою, а тому в США для отримання цієї характеристики були проведені визначення цього фактору за допомогою стандартних властивостей (характеристик гранулометричного складу, вмісту органічної речовини, водопроникливості, показників структури грунту) для 23 основних грунтів США (Wischmeier et al., Mannering, 1971). Було отримано рівняння множинної регресії, яке використовувалося для широкого спектру грунтів середньо- та важкосуглинкового складу. На основі цього рівняння була побудована номограма К-фактора (Номограма Уішмейєра – Джонсона – Кросса). У наступних модифікаціях USLE – RUSLE та EPIC (див. розділ 5) рівняння та номограми, створені на їх основі, деталізувалися з урахуванням нових характеристик грунту та сезонних коливань цього показника (Williams et al., 1980 тощо). Відомі спроби адаптації К-фактора для східноєвропейських грунтів та прийнятих на теренах колишнього СРСР методик визначення властивостей грунтів, зокрема гранулометричного складу (Заславский, 1979, Ларионов, 1993) (див. рис. 5.2).

Значного поширення в 50-90 роках минулого сторіччя набули дослідження протиерозійної стійкості в ерозійних лотках, коли за допомогою розмиву грунту з порушеною структурою визначається розмиваюча швидкість потоку (Гуссак, 1959; Мирцхулава, 1970, Кузнецов, 1981 та ін.) (див. п. 3.4). Слід зазначити, що такий підхід практично не враховує ударної дії дощу на процес відриву грунтових часток, хоча спеціальні дослідження показують, що ерозійний ефект енергії падаючих крапель можна порівняти з ерозійним ефектом поверхневого стоку. Тому отримані в результаті таких дослідів кількісні характеристики критичних швидкостей характеризують протиерозійну стійкість не досить повно. Аналогічні недоліки притаманні визначенню протиерозійну стійкості грунтів за Г.В. Бастраковим (1975, 1980), яке полягає в розрахунку відношення потужності струменя, що розмиває грунт, до глибини розмиву.

Ідеї «критичних дотичних напружень» або «критичних тисків зрушення грунту», які безпосередньо стосуються до протиерозійної стійкості грунтів, знайшли застосування в так званих фізично обгрунтованих моделях водної ерозії, розроблених у США (Nearing et el., 1989) і Західній Європі (De Roo et el., 1994; Morgan et al., 1998). Показники стійкості агрегатів (aggregate stability), а також «<зчеплення» грунту (soil cohesion) використовуються при моделюванні змиву грунту в Лимбурзькій (LISEM) (De Roo et el., 1994) і Європейській (EUROSEM) (Morgan et el., 1998) моделях водної ерозії.

В Україні найбільш надійною методикою щодо визначення протиерозійної стійкості є методика Г.І. Швебса (1974, 1981). Як показник здатності грунту протистояти водно-ерозійному руйнуванню використовується величина, зворотна протиерозійній стійкості грунтів – її змиваємість, причому у вигляді «відносної змиваємості грунту» (jR) та «часткової характеристики відносної змиваємості грунту» (jР). Відносна змиваємість характеризує протиерозійні властивості грунту в теплий період року і використовується в канонічній (Швебс, 1974) і модифікованій моделі зливового змиву грунту (Світличний, 1995).

На основі методики Г.І. Швебса в різних регіонах України, Молдови, у низці областей Російської Федерації в 70-90-ті роки XX сторіччя були проведені серії досліджень з визначення протиерозійної стійкості грунту. Нині сформований досить великий банк даних значень jR і jР для основних генетичних типів (підтипів) грунтів Лісостепу і Степу Східноєвропейської рівнини, зокрема України (різних типів чорноземів і каштанових грунтів, а також сірих лісових грунтів), і визначені їхні середні значення (табл. 4.6). До того ж визначений вплив на протиерозійну стійкість грунтів ступеня еродованості грунтів (табл. 4.7).

Таблиця 4.6. Параметри протиерозійної стійкості грунтів Лісостепу та Степу України (Швебс, 1974, 1981; Игошин, 1982; Игошин и др., 1985; Швебс и др., 1988)
Тип, підтип грунтуПараметри
jRjР
Темно-сірі та сірі лісові 1,2-1,4 1,3-2,0
Чорноземи типові та звичайні 1,0-1,2 1,0-1,2
Чорноземи південні, вилугувані та опідзолені 1,3-1,8 1,1-1,4
Темно-каштанові та каштанові 2,0-2,2 2,3-2,5

Таблиця 4.7. Вплив ступеня еродованості грунтів на їх протиерозійну стійкість (Швебс, 1974, 1981; Игошин и др., 1985)
Ступінь еродованості грунтівПоправкові коефіцієнти до
відносної змиваємості фунту (jR)окремої відносної змиваємості грунту (jP)
Нееродовані 1,0 1,0
Слабкоеродовані 1,3-1,7 1,2-1,3
Середньоеродовані 2,0-2,3 1,3-1,6
Сильноеродовані 3,0-3,5 1,6-2,0

Ці результати показують, що на рівні генетичного грунтового типу (підтипу) існує певна географічна закономірність для грунтів суглинкового гранулометричного складу. Найбільшу протиерозійну стійкість мають чорноземні грунти Лісостепу і північного Степу (звичайні і типові чорноземи). Інші чорноземні грунти (карбонатні, опідзолені і південні чорноземи), а також лісові (темно-сірі і сірі) грунти Лісостепу за своїми протиерозійними властивостях наближаються до них. Найбільш низькі протиерозійні характеристики мають підзолисті та каштанові грунти різних підтипів, У той же час варто звернути увагу на дуже широкі діапазони значень у визначенні величин змиваємості грунту (jR, jp) різних підтипів (типів) грунтів. Це пов'язано з тим, що загальні географічні закономірності просторового розподілу цього показника для України (зменшення протиерозійної стійкості на північ і південь від зони типових і звичайних чорноземів) порушуються антропогенним фактором, зокрема, змінами таких важливих властивостей, як вміст гумусу, параметри грунтової макро- і мікроструктури та інших грунтових характеристик під впливом тривалого землеробства і різного роду меліорацій.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом