Оцінка ерозійної небезпеки території на основі традиційних підходів

Наявність адекватної моделі ерозійних втрат грунту, що враховує вплив всіх основних природних і антропогенних факторів ерозії, дозволяє виконати оцінку як потенційного змиву грунту розглянутої території (у разі суцільного використання під ріллю і відсутності протиерозійних заходів), так і ерозійних втрат при заданому виду землекористування. Зіставлення потенційного змиву з так званими «допустимими» втратами грунту (див. п. 6.1) дозволяє оцінити ступінь ерозійної небезпеки в межах заданої ділянки.

Розглянемо особливості оцінки і картографування ерозійної небезпеки земель різного масштабу на основі математичної моделі змиву грунту.

Методика великомасштабної оцінки і картографування ерозійної небезпеки земель – території господарства, зрошувальної системи або їхніх частин – загальновідома. Досліджувана територія покривається мережею розрахункових профілів, проведених по лініях стоку від вододілів до найближчих тальвегів, по яких з постійним або змінним кроком виконується розрахунок модулів потенційного змиву грунту – змиву грунту в даних геоморфологічних і грунтово-кліматичних умовах при суцільної розораності території і відсутності будь-яких протиерозійних заходів. Приклад схеми розміщення розрахункових профілів наведений на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Фрагмент топографічної карти з нанесеними вододілами (суцільні жирні лінії) і розрахунковими профілями (пунктирні лінії з номерами)

За отриманими просторово прив'язаними значеннями модулів змиву будується карта ізоліній, яка і є основою для виділення контурів з різним ступенем ерозійної небезпеки. Обов'язковою умовою є використання одновимірної («профільної») моделі ерозійних втрат грунту, такої, як модифікований варіант логіко-математичної моделі змиву Г.І. Швебса, що дозволяє розраховувати інтенсивність потенційного змиву грунту в заданій точці розрахункового профілю.

Методика середньо- і дрібномасштабної оцінки ерозійної небезпеки в рамках традиційного (профільного) підходу на основі розрахунку потенційного змиву грунту до цього часу остаточно не розроблена. Основна складність полягає в урахуванні просторової мінливості рельєфних умов. Оцінка рельєфного фактора моделі змиву може бути зроблена тільки на основі аналізу топографічних карт великого масштабу (1:25 000 і більше). При площі досліджуваної території, що вимірюється десятками і сотнями тисяч квадратних кілометрів, застосування традиційних технологій роботи з картографічними матеріалами не дозволяє виконати суцільну оцінку і картографування рельєфного фактора, а отже, потенційного змиву грунту. Тому в більшості випадків виконується оцінка середнього модуля потенційного змиву в межах деякої природної (наприклад, геоморфологічний район) або адміністративної (як правило, адміністративний район) території. При цьому використовуються середні, або середньозважені значення довжини схилу та ухилу. Це призводить до досить серйозних помилок. Дійсно, при такому підході відбувається заміна середнього значення рельєфної функції, визначеної за сформованою для розглянутої території представницькою вибіркою основних морфометричних показників рельєфу – довжини (L) і ухилу (І) схилів, добутком незалежно визначених середніх для даної території значень ухилу і довжини схилу. Тобто здійснюється заміна величини

 (5.26)

де N – кількість пар значень І і L у вибірковій сукупності, величиною

 (5.27)

де U і V – кількість елементів незалежних вибірок для визначення середніх значень ухилу і довжини схилів відповідно.

Безумовно, Ф' не дорівнює Ф. По-перше, вибірки І_і і L_ξ не є незалежними, оскільки існує цілком визначений зв'язок між довжиною й ухилом схилів. По-друге, відомо, що якщо у і х зв'язані функціональною залежністю у = φ(х) і функція ер безперервна і диференціюється, то середнє значення величини у пов'язане з середнім значенням величини х виразом (Вентцель, 1962)

 (5.28)

де x і у – середні величини х і у відповідно,
φ″(х) – друга похідна у по х;
D_x – дисперсія х.

З (5.28) випливає той безперечний факт, що навіть у разі незалежності І і L тільки для лінійної функції φ маємо у = φ(х), тобто середнє значення функції дорівнює функції від середнього значення аргументу. В усіх інших випадках маємо доданок, який є тим більший, чим більше D_x, і ступінь нелінійності функції φ. Функції і довжини схилу, і ухилу, що використовуються для оцінки впливу рельєфних умов ерозійної небезпеки, навіть для найбільш простого виду рельєфного фактора (4.8) є істотно нелінійними. А мінливість і довжин схилів, і ухилів навіть у межах однорідних ландшафтних районів досить велика.

У рамках традиційної технології роботи з картографічними матеріалами при середньомасштабній оцінці і картографуванні ерозійної небезпеки найбільш коректним уявляється використання методу ключових ділянок, при якому доцільно розглядати досить великі (тисячі – десятки тисяч га) характерні ділянки території, що лежать у межах однорідних ландшафтних районів. Для кожної ключової ділянки з використанням великомасштабних карт (масштаб – не дрібніше 1:25 000) виконується оцінка ерозійної небезпеки за методикою великомасштабної оцінки. Кількість розрахункових профілів з огляду на просторову варіабельність морфометричних характеристик схилів повинна бути не менш 30 (бажано – 40-50). Розрахункові профілі повинні рівномірно покривати територію ключової ділянки. їхнє положення в просторі найкраще визначати за методом систематичної випадкової вибірки. Для кожного розрахункового профілю, починаючи від вододілу, із кроком 50-100 м обчислюються модулі потенційного змиву грунту з використанням даних про координати профілю і грунтовий покрив та районних значень гідрометеорологічних факторів зливового і весняного змиву. Встановлена в такий спосіб для кожного розрахункового профілю зміна модуля потенційного змиву грунту по довжині схилу дозволяє одержати розподіл земель по градаціях інтенсивності змиву і середню інтенсивність потенційного змиву для всього ландшафтного району, а потім і будь-якої іншої більш великої природної, господарської або адміністративної територіальної одиниці.

Завершальним етапом, оцінки ерозійної небезпеки території є поділ діапазону значень потенційного змиву на оцінні категорії шляхом зіставлення розрахованих величин потенційного змиву грунту для кожного елемента розглянутої території з величинами припустимих втрат грунту. (Методика оцінки припустимих втрат грунту з урахуванням природно-господарських умов кожного елемента поверхні викладається в п. 6.1.) Для фонової ж оцінки ерозійної небезпеки земель як допустимі втрати грунту рекомендується використовувати зональні величини середньої швидкості формування гумусового горизонту грунтів різного ступеня змитості.

У табл. 5.10 наведені швидкості формування гумусового горизонту основних грунтів України, визначені Ф.М. Лисецьким (Каштанов и др., 1994) для умов, близьких до природних, що характеризують нижню межу значень припустимих втрат грунту – близько 0,5 т/га/рік для чорноземних і підзолистих грунтів і 0,3 т/га/рік – для каштанових. Виходячи з цих значень, а також з ефективності окремих протиерозійних заходів і їхніх комплексів, можна запропонувати узагальнену шкалу оцінки ерозійної небезпеки земель, якщо потенційний змив не перевищує:

• 0,5 т/га/рік – землі є ерозійно-безпечними при будь-якому характері їхнього використання;
• 0,5-2 т/га/рік – землі є умовно ерозійно-безпечними;
• 2-5 т/га/рік – землі слабкої ерозійної небезпеки;
• 5-10 т/га/рік – землі середньої ерозійної небезпеки;
• 10-20 т/га/рік – землі сильної ерозійної небезпеки;
• 20 т/га/рік – землі дуже сильної ерозійної небезпеки.

* У чисельнику в мм/рік, у знаменнику в т/га (при щільності 1,2 т/м³)

Градації ерозійної небезпеки і відповідні їм значення потенційного змиву грунту, а також рекомендації з використання земельних ресурсів для кожної категорії земель подані в табл. 5.11. Необхідно підкреслити, що ці рекомендації мають загальний характер та визначають обмеження використання земель за ерозійними показниками і характер протиерозійного комплексу. У конкретних умовах останній повинен проектуватися з урахуванням їх природних, господарських і соціальних особливостей на розрахунковій основі (див. розділ 6).