Статья: Обоснование лесомелиоративных мероприятий на водосборной площади (на примере малой реки, Белгородская область)

Обоснование лесомелиоративных мероприятий на водосборной площади (на примере малой реки, Белгородская область)

Зайцева А.С.

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Аннотация. Для районов лесостепи и степи Центральной части России особенно остро стоит проблема распространения водно-эрозионных процессов на водосборах малых рек. В связи с этим актуальной является задача экологической реабилитации пойменно-русловой зоны реки с использованием лесомелиоративных мероприятий. В настоящее время для малых рек региона отсутствуют конкретные водохозяйственные и природоохранные мероприятия, рассматриваемые с эколого-гидрологических позиций и необходимые для комплексного экологического оздоровления территории. В связи с этим автором рассмотрена проблема обоснования оптимального распределения лесистости на водосборной площади малой реки в Белгородской области. Проведен анализ геоморфологических особенностей бассейна одной из трансграничных рек (Лопань) с использованием современных ГИС-технологий для определения ареалов земель с высокой эрозионной опасностью. Результатом исследования являются предложения по выполнению лесомелиоративных мероприятий по сплошному облесению участков (на площади 433,3 га) и полосному водорегулирующему облесению (на площади 40,4 га). Повышение общей лесистости водосбора позволит оптимизировать влагооборот в бассейне реки и поддержать водоохранно-защитные функции существующих лесонасаждений.

Ключевые слова: водосбор, река, склон, лесомелиорация, эрозионная опасность, сплошное облесение, полосное облесение.

Justification of forest reclamation measures in the catchment area (on the example of a small river, Belgorod region). Zaitseva A. S. Belgorod State National Research University

Annotation. For the forest-steppe and steppe regions of the Central part of Russia, the problem of the spread of water-erosion processes in the catchments of small rivers is particularly acute. In this regard, the task of ecological rehabilitation of the floodplain-channel zone of the river with the use of forest reclamation measures is urgent. Currently, for small rivers in the region, there are no specific water management and environmental measures that are considered from an ecological and hydrological point of view and are necessary for a comprehensive environmental improvement of the territory. In this regard, the author considers the problem of substantiating the optimal distribution of forest cover on the catchment area of the small river in the Belgorod region. The analysis of the geomorphological features of the basin of one of the transboundary rivers (Lopan) is carried out using modern GIS technologies to determine the areas of land with a high erosion hazard. The result of the study is proposals for the implementation of forest reclamation measures for continuous afforestation of plots (on an area of 433.3 ha) and strip water-regulating afforestation (on an area of 40.4 ha). Increasing the total forest cover of the catchment area will optimize the water turnover in the river basin and support the water protection functions of existing forest stands.

Keywords: catchment area, river, slope, forest reclamation, erosion hazard, continuous afforestation, strip afforestation.

Введение

В настоящее время возрастающая антропогенная нагрузка на компоненты окружающей среды всё сильнее проявляется в увеличении использования поверхностных водных ресурсов. Первостепенной является проблема истощения и загрязнения акваторий малых рек, что связано с необоснованным использованием земельных ресурсов пойменно-русловой зоны. Как известно, наиболее значимая роль регулятора влагооборота в бассейнах рек принадлежит лесным системам. Вместе с тем в областях Центрально-Черноземного района за годы сельскохозяйственного использования произошло уменьшение площади лесов с 30 до 8,7 % [Крупко, 2019], что приводит к активизации водно-эрозионных процессов и, как следствие, к заилению малых рек и общей деградации речной сети района [Кузьменко и др., 2012; Решетников и др., 2018]. В исследованиях последнего времени [Lisetskiietal., 2014; Васильев и др., 2015; Лисецкий и др., 2015; Marininaetal., 2016; Спесивый и др., 2018;Безухов и др., 2019] обоснован подход по приоритетному использованию бассейновых территориальных структур для установления взаимовлияния изменений характеристик стока воды, массы наносов и растворенных веществ, а также учет факторов, определяющих их пространственное изменение в пределах водосбора реки. Значительная часть антропогенного влияния в староосвоенных районах центральной части России спроецирована на бассейны малых рек, являющихся наиболее представительными элементами поверхностных водных объектов на территории Российской Федерации и образующих порядка 92 % всей густоты речных систем [Калиманов и др., 2017; Карпенко и др., 2019].

Существующие подходы по оценке актуального состояния лесных насаждений в пределах водосборов малых рек, а также перспектив их оптимального распределения с учетом поддержания первостепенных водоохранно-защитных функций диктуют необходимость комплексного использования информации, в том числе с активным внедрением современных ГИС-технологий. В связи с этим актуальным становится обоснование лесомелиоративных мероприятий, заключающихся в определении оптимальной площади и установлении пространственного распределения лесистости территории на основании составления и анализа карт различного назначения (существующей лесистости территории, распределения склонов по крутизне, распределения эрозионно опасных территорий и т.п.).

В связи с этим авторами поставлена цель работы: используя данные геоинформационного анализа картографического материала, обосновать необходимость увеличения и пространственного распределения оптимальной площади лесистости водосборной территории малой реки (на примере р. Лопань Белгородской области) для снижения эрозионных процессов и экологической реабилитации пойменно-русловой зоны.

Объекты и методы исследования

Объект настоящего исследования представлен бассейном долины реки Лопань в пределах современных границ Белгородского района Белгородской области. Река Лопань - это трансграничная река в Белгородской области России и Харьковской области (Дергачевский и Харьковский районы) Украины. Относится к бассейну Северского Донца и является левым, самым крупным притоком реки Уды (впадает в 55 км от её устья). Общая длина реки составляет 96 км, площадь бассейна равна 2000 км2. Левым притоком Лопани является река Харьков (длина - 74 км, площадь бассейна - 1 160 км2).

В XIX веке на территории бассейна реки Лопань в пределах современных границ Белгородского района Белгородской области искусственных водоемов не было. К 2011 г. площадь 17 искусственных водоемов составила 285 га. И если в конце XIX века (1880 г.) длина речной сети Лопани (основного русла и его притоков) составляла 41,9 км, то к настоящему времени за счет появления новых прудов на реке общая протяженность речной сети увеличилась на 8,6 км (на 20,5 %) и составила 50,5 км.

На отдельных участках среднего и нижнего течения (украинский участок) сток реки зарегулирован (в частности, в пределах Харькова созданы искусственные водоемы для промышленного водопотребления). Воду реки также используют для орошения. Проводится расчистка русла и закрепление берегов.

Исследования проведены на основе интеграции новейших технологий (ГИС, данные дистанционного зондирования) полевых исследований и математических расчетов.

Анализ современной лесистости на водосборной площади реки Лопань осуществлялся по материалам Росреестра, также применены данные дистанционного зондирования Земли [Терехин, 2012], результаты которых послужили первоосновой для установления границ бассейновых структур IV порядка с использованием инструментов ArcGIS 10.1.

Результаты и их обсуждение

Бассейн реки Лопань приурочен к Центральному эрозионному району, характеризующемуся средним распространением смыва и средней заовраженностью [Соловиченко, 2005]. В этом районе чернозёмы типичные, обыкновенные, серые и тёмно-серые лесостепные почвы обладают высокой эродированностью. Наибольшая эродированность отмечается в пределах распространения балочных почв. Несмытые почвы распространены только на плато и приводораздельных склонах северной экспозиции крутизной до 3°. Средне- и сильносмытые почвы прослеживаются на склонах южных экспозиций с крутизной склонов не менее 3°. Слабосмытые почвы занимают все остальные анализируемые пространства.

В геоморфологическом плане территория бассейна характеризуется сложной внутренней иерархией элементов овражно-балочной сети (в некоторых разветвленных системах их общее количество может достигать девяти позиций). В наблюдаемой эрозионной переработке водораздельного массива прослеживаются четыре дифференцированных звена: верхние отвершки балок и овраги, собственно некрупные балки, крупнейшие балки и долина малой реки Лопань (рис. 1).

Выполнен анализ рельефа бассейна реки Лопань, в ходе которого установлены ареалы эрозионной опасности. Земельные участки с уклоном менее 1° не подвержены эрозионным процессам, они занимают 2 659,6 га площади бассейна. Определение эрозионноопасных площадей выполнено с применением рельефной функции, обоснованной Morgan [Morgan, 1986], которая описывает взаимосвязь длины склона (L) с его крутизной (S) следующей зависимостью:

где L - расстояние от водораздела, м; S - уклон, град. На основе исследований Лисецкого [2012] установлено, что для геоморфологических условий Белгородской области применение данной рельефной функции является наиболее обоснованным.

В работе Буряк [2014] показано, что переход почв из слабосмытых в сильносмытые осуществляется при достижении функцией значения 2,74. В соответствии с данной зависимостью значения рельефной функции более 2,74 характерны для территорий площадью 1 422,5 га, что позволяет отнести указанные площади к эрозионно-опасным. Зоны концентрации стока приурочены к тальвегам и крупным балкам.

Рис. 1. Карта распределения эрозионно-опасных территорий в пределах бассейна р. Лопань

Для их определения были построены тальвеги, от которых на ширину 25 м предусмотрены буферные зоны. Площадь таких земельных участков составляет 730,9 га. Оставшаяся площадь бассейна (10 485,9 га) образует потенциально эрозионно-опасную территорию. Распределение территории бассейна реки Лопань по эрозионной опасности приведено в табл. 1.

Таблица 1. Экспликация земель по эрозионной опасности бассейна р. Лопань

лесомелиорация водный эрозионный

Известна особая роль лесомелиорации в преобразовании почвенно-гидрологических и климатических условий местности, способствующих ее более благоприятному состоянию для осуществления сельскохозяйственного производства [Никулина, 2017]. Она заключается в формировании полезащитных лесных полос, облесении оврагов, крутых склонов и песков. Эффективность лесомелиорации определяется степенью корреспондированного планирования полос условиям местности и характером самих полос (их высотой, продуваемостью и т. п.).

С учетом геоморфологических особенностей конкретной местности лесомелиорация может реализоваться в виде [Акулов, 1990] сплошных насаждений (на участках, где естественно возобновляемые леса полностью отсутствуют или их отсутствие было изначальным, производится посадка саженцев или сеянцев, посев семян древесных насаждений, или содействие природному лесовосстановлению); лесных полос (полосное); куртинных и колковых насаждений.

Сплошное облесение осуществляется в случае, если использование угодий в сельском хозяйстве невозможно и нецелесообразно из-за их низкой продуктивности. Реализации такого мероприятия способствует наличие в Белгородской области областной природоохранной программы, по которой определены критерии выбора земель под облесение. В соответствии с проектом озеленения и ландшафтного обустройства территории Белгородской области «Зеленая столица» [О концепции областного проекта.., 2012] под сплошное облесение экологически-пригодными породами деревьев и кустарников в бассейне р. Лопань рекомендуется отводить меловые склоны; участки незадернованных песков; эрозионно-опасные участки и невыполаживаемые откосы оврагов и верховья балок с крутизной не менее 10°, неудобные для использования под сенокосы и пастбища; эрозионно-опасные участки и невыполаживаемые откосы оврагов и верховья балок с крутизной менее 10°, неудобные для использования под сенокосы и пастбища; днища оврагов и балок (высаживаются донные насаждения и насаждения-илофильтры); участки вокруг истоков реки и притоков (массивные истоковые насаждения).

В пределах бассейна реки Лопань по космоснимку меловые склоны и участки незадернованных песков не выявлены.

Эрозионно-опасные и невыполаживаемые откосы оврагов и верховья балок с различной крутизной, необлесенные днища оврагов и балок в пределах бассейна р. Лопань установлены с помощью карт эрозионной опасности и распределения склонов по крутизне (см. рис. 1, рис. 2). По космическому снимку удалось выявить те из них, которые лишены древесно-кустарниковой растительности и требуют облесения. Также по космоснимку выявлена облесенность вокруг истока реки Лопань.