Способ прогнозирования разрушения берегов рек

Способ прогнозирования разрушения берегов рек

Реферат

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к технологии инженерно-биологической защиты береговой зоны рек от водной и ветровой эрозии, и может быть использовано для прогнозирования разрушения берегов.

Известен способ испытания травяного покрова на прирусловой пойме реки (патент №2380890), согласно которому на измеренной по длине и площади водосбора малой реке или ее притоке выделяют участок русла с незаливным или пойменным лугом, а на прибрежной части выделяют биогеоценоз с границами испытуемого травяного покрова, затем на этом участке прируслового луга по течению воды размечают перпендикулярно руслу множество временных гидрометрических створов с измерением расстояний между ними, причем линии створов продолжают до границы травяного покрова поперек русла, а количество временных гидрометрических створов принимают достаточным для формирования сети пробных площадок по травяному покрову, при этом вдоль каждого временного гидрометрического створа размечают множество пробных площадок с переменными расстояниями между ними, затем пробы травы срезают и подвергают испытаниям с каждой пробной площадки, после проведения испытаний проб травы измеряют расстояние от линии уреза воды, принятой за начала координат у всех временных гидрометрических створов, до центров площадок, при перепаде высот более 10,0 см измеряют высоту расположения центра каждой пробной площадки от водной поверхности, после измеряют длину и падение на участке русла, а также устанавливают общий постоянный геодезический репер для мониторинга за свойствами травяного покрова.

Недостатком известного способа является отсутствие мониторинга прирусловой зоны берегов рек, а также этот способ требует трудозатрат на срезку травы с пробной площадки на территории прируслового пойменного луга и не учитывает многих побочных сопутствующих условий, влияющих на урожайность луговой травы.

Известен способ определения состояния пастбищ, подверженных деградации (патент №2327107), включающий на основании космических снимков выделение контуров пастбищ, и по относительной площади проективного покрытия почвы травянистой растительностью проводят оценку деградации пастбищ.

Недостатком указанного способа является то, что он не подтвержден количественным измерениям деградационных параметров.

Известен также способ количественной оценки техногенной нагрузки на окружающую среду (патент РФ №2430356 - прототип), включающий выявление неблагоприятных участков обследуемых территорий, их ранжирование и анализ показателей растений для территорий с различной техногенной нагрузкой.

Недостатком данного способа является то, что не учитываются участки без растительности.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение достоверного прогнозирования о разрушении берегов рек с учетом показателя общего проективного покрытия почвы растениями и слоя смыва на участках берега без применения сложного оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе прогнозирования разрушения берегов рек, включающем выявление неблагоприятных участков обследуемых территорий и ранжирование участков, согласно изобретению предварительно обследуют прибрежную зону реки, затем выбирают прибрежные участки площадью S, равной 1 м², далее определяют на каждом из них площади участков, покрытых растительностью, суммируют их и получают площадь S1, м²; после чего рассчитывают показатель общего проективного покрытия почвы растительностью, отношением S1:S, %, далее на этих же участках устанавливают реперы на расстоянии 2, 4 и 6 метров от линии уреза воды и принимают показания уровня грунта на репере за начало координат мониторинга состояния участков берега реки; затем ежемесячно измеряют на каждом репере высоту h, см, намытого грунта относительно начала координат, после чего рассчитывают средний суммарный показатель высоты h_ср намытого грунта на трех реперах, после этого выполняют сравнительный анализ динамики процессов смыва почвы с прибрежных участков берега реки и на его основе устанавливают зависимость между значением суммарного показателя h_ср и общего проективного покрытия, затем оценивают степень деградации участков, после чего ранжируют их на ненарушенные и нарушенные, а прогноз разрушения участков берега реки составляют на основании комплексного использования суммарного показателя высоты h_ср намытого грунта и общего проективного покрытия.

Новизна заявленного способа заключается в комплексном использовании показателей ОПП % и среднего суммарного показателя высоты h_ср, см, намытого грунта, что позволяет сделать прогноз о возможности разрушения берега в результате смыва почвы.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Расчет показателя общего проективного покрытия почвы растительностью позволит определить степень проективного покрытия согласно известной градации: высокая или низкая.

Установка реперов на расстоянии 2, 4 и 6 м от уреза воды позволит учитывать смыв мелких частиц почвы с берега реки и определить значение среднего суммарного показателя h_ср намытого грунта на реперах ежемесячно в результате наблюдений за выбранным участком берега реки, что позволит составить ежемесячный и ежегодный прогноз.

Сравнительный анализ динамики процессов смыва почвы с прибрежных участков берега реки позволит установить зависимость между значением суммарного показателя h_ср и общего проективного покрытия: чем больше ОПП и меньше h_ср, тем этот участок берега реки более устойчив к смыву грунта, и чем меньше ОПП и больше h_ср, тем этот участок берега реки менее устойчив к смыву грунта.

Определяют степень деградации почвы (СДП) (степень деградации определяет слой намыва почвы), что позволит характеризовать выбранные участки со слабой и сильной степенью деградации.

При проведении ранжирования исследуемых участков определяют их как нарушенные и ненарушенные.

Комплексное использование суммарного показателя h_ср и общего проективного покрытия ОПП % позволяет сделать прогноз о возможности разрушения берега в результате смыва слоя почвы.

Сущность изобретения поясняется примером конкретного осуществления способа прогнозирования разрушения берегов рек.

Измерение смыва слоя грунта проводилось на берегу реки Кубань. Предварительно проводят визуальное обследование берегов реки. Затем выбирают два участка (И.С. Белюченко и др. Методическое пособие для проведения полевых и лабораторных занятий по общей экологии и экологическому мониторингу. Кубанский госагроуниверситет, Краснодар, 2010, стр. 11-12) площадью S, равной 1×1 м², причем один из них полностью покрыт растениями, другой - имеет минимальное покрытие растениями. После этого на каждом из них измеряют при помощи линейки размеры участков, покрытых растительностью, и рассчитывают их площади, суммируют их и получают площадь S₁, м². Далее рассчитывают показатель общего проективного покрытия (ОПП), который обозначает плотность покрытия растениями поверхности почвы, оценивается ОПП в процентах (Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989). Из литературных источников известно, что помимо оценки проективного покрытия в процентах применяют различные шкалы с балльной оценкой этой величины (В.В. Неронов, 2003, http://www.glc.com/pokritie proektivnoe.html). Наиболее известна и нами используется шкала, имеющая десять градаций степени проективного покрытия: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90,100%. Показатель общего проективного покрытия (ОПП) рассчитывают отношением S₁:S·100, %. ОПП первого участка равен 100%, т.к. его поверхность (1 м²) полностью покрыта растениями, т.е. высокое проективное покрытие. А ОПП второго участка равен 10%, т.к. на этом участке, мало покрытого растительностью, площадь равна 0,1 м², т.е. низкое проективное покрытие. Затем на этих участках устанавливают реперы на расстоянии 2, 4 и 6 м от уреза воды для учета смыва мелких частиц почвы с берега реки и обозначают высоту репера от его верхнего конца до уровня грунта: h₁ - на репере на расстоянии 2 м от уреза воды, h₂ - на репере на расстоянии 4 м от уреза воды, h₃ - на репере на расстоянии 6 м от уреза воды, и принимают ее за начало координат мониторинга состояния участков берега реки. Замеры осуществляют ежемесячно, причем измеряют высоту намытого грунта на каждом из трех реперов с помощью линейки. В первый месяц начала мониторинга на 1-м участке с высоким проективным покрытием (100%) высота намытого грунта от начала координат составила: на репере на расстоянии 2 м от уреза воды - h₁=0,1 см, на репере на расстоянии 4 м от уреза воды - h₂=0,2 см, на репере на расстоянии 6 м от уреза воды - h₃=0,3 см. Эти показания суммируют (0,6 см), делят на количество измерений (3) и определяют среднее значение суммарного показателя высоты намытого грунта относительно начала координат h_ср, который составил 0,2 см. На 2-м участке с низким проективным покрытием (10%) показания на реперах на расстоянии 2, 4 и 6 м от уреза воды составили: 0,6 см, 0,7 см, 0,8 см, среднее значение суммарного показателя высоты намытого грунта относительно начала координат h_ср составляет 0,7 см. Измерения на реперах высоты намытого грунта проводят ежемесячно в течение года, после чего рассчитывают среднее значение суммарного показателя высоты намытого грунта относительно начала координат на участке с высоким проективным покрытием, которое составляет h_ср 0,2 см, а на участке с низким проективным покрытием составил h_ср 0,7 см.

Далее осуществляют сравнительный анализ динамики процессов смыва почвы с прибрежных участков, причем слой намытого грунта h_ср свидетельствует о степени деградации почвы (СДП).

Первый участок с высоким проективным покрытием имеет среднее значение суммарного показателя высоты намытого грунта относительно начала координат h_ср 0,2 см, что указывает на то, что этот участок берега реки устойчив к смыву. Это значение h_ср соответствует слабой степени деградации почвы (0-0,2 см) (В. Г. Бондур, А.А. Рихтер, А.Б. Мурынин // Технические науки в России и за рубежом: материалы II междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г. ). - М.: Буки-Веди, 2012. - с. 8-14), следовательно, степень его деградации - слабая. Второй участок с низким проективным покрытием имеет среднее значение суммарного показателя высоты намытого грунта относительно начала координат h_ср составляет 0,7 см, что указывает на то, что этот участок берега реки неустойчив к смыву. Это значение соответствует сильной степени деградации почвы (0,6-1 см), (В.Г. Бондур, А.А. Рихтер, А.Б. Мурынин // Технические науки в России и за рубежом: материалы II междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г. ). - М.: Буки-Веди, 2012, с. 8-14), следовательно, степень его деградации - сильная. На основе анализа полученных данных устанавливают зависимость между ОПП и h_ср: чем больше ОПП и меньше h_ср, тем этот участок берега реки более устойчив к смыву грунта, и чем меньше ОПП и больше h_ср, тем этот участок берега реки менее устойчив к смыву грунта.

Затем на основании полученных данных мы ранжируем первый участок как «ненарушенный», а второй участок - как «нарушенный» («Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель», утвержденные Роскомземом, Министерством сельского хозяйства и продовольствия, Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов, 1994-1995 г., приложение 2, п. 2.2.4).

А прогноз о возможности разрушения участков берега реки в результате смыва слоя почвы составляют на основании комплексного использования суммарного показателя h_ср и общего проективного покрытия ОПП по двум вариантам: по первому варианту - если ОПП равен 100% и высота намытого грунта обследуемого участка берега 0,2 см, то берег реки не разрушается, по второму варианту - если ОПП равен 10% и высота намытого грунта обследуемого участка берега реки больше 0,7 см, то берег реки разрушается.

Также исследования проводились на берегах рек Кириили, Понура и Челбас, при этом получили аналогичные результаты.

В результате экспериментов доказано, что растительность в поймах рек - это неотъемлемая часть ландшафта и увеличение проективного покрытия снижает поверхностный смыв.

Заявленный способ промышленно применим и пригоден для оценки участков рек, берег которых постепенно разрушается, а водоохранная зона не соблюдается. Его можно использовать при прогнозировании скорости разрушения берегов и выявлении участков, подверженных эрозии.

В результате использования заявленного изобретения обеспечивается достоверное прогнозирование о разрушении берегов с учетом комплексного использования показателей общего проективного покрытия почвы растениями и суммарного показателя высоты намытого грунта относительно координат h_ср без применения сложного оборудования.

Способ прогнозирования разрушения берегов рек, включающий выявление неблагоприятных участков обследуемых территорий и ранжирование участков, отличающийся тем, что предварительно обследуют прибрежную зону реки, затем выбирают прибрежные участки площадью S, равной 1 м², далее определяют на каждом из них площади участков, покрытых растительностью, суммируют их и получают площадь S_1, м²; после чего рассчитывают показатель общего проективного покрытия почвы растительностью отношением S₁:S,%, далее на этих же участках устанавливают реперы на расстоянии 2, 4 и 6 метров от линии уреза воды и принимают показания уровня грунта на репере за начало координат мониторинга состояния участков берега реки; затем ежемесячно измеряют на каждом репере высоту h, см, намытого грунта относительно начала координат, после чего рассчитывают средний суммарный показатель высоты h_ср намытого грунта на трех реперах, после этого выполняют сравнительный анализ динамики процессов смыва почвы с прибрежных участков берега реки и на его основе устанавливают зависимость между значением суммарного показателя h_ср и общего проективного покрытия, затем оценивают степень деградации участков, после чего ранжируют их на ненарушенные и нарушенные, а прогноз разрушения участков берега реки составляют на основании комплексного использования суммарного показателя высоты h_ср намытого грунта и общего проективного покрытия.