Роль антропогенных модификаций в ландшафтно-гидрологической организации бассейна р. Майма

DOI:

Введение кие идеи, отражающие взаимосвязь между ландшафтной структурой и процессами на водосборе, содержатся в исследованиях по ландшафтной экологии [13; 16; 19; 20].

Под ландшафтно-гидрологической организацией территории мы, вслед за А.Н. Ан-

Концептуальные положения ландшафтной гидрологии были заложены еще в работах В.Г. Глушкова [4] и продолжают развиваться в последние десятилетия [1; 9]. Близ- типовым и В.Н. Федоровым [1; 9], понимаем наличие структурно закономерной мозаики территориальных ландшафтных единиц с различными режимами водоотдачи и структурой водного баланса. Возможности ландшафтно-гидрологического подхода существенно возрастают в условиях дефицита гидрометеорологической информации, о котором можно говорить применительно к большинству речных бассейнов. Сложившаяся ситуация не отменяет таких взаимосвязанных территориальных задач, как минимизация исходящего от гидрологических объектов ущерба, оптимизация природопользования на водосборе в существующих и меняющихся природных и природно-антропогенных обстановках [16; 21].

Развитие ландшафтно-гидрологических исследований должно ставить целью характеристику механизмов, отражающих взаимодействие структуры и функционирования ландшафтов водосборных бассейнов с позиций формирования стока. В таком понимании процедура ландшафтно-гидрологического исследования хорошо стыкуется с основополагающей концепцией ландшафтной экологии – взаимодействие структуры и функционирования ландшафта. Исследование целиком укладывается в рамки основных шагов ландшафтного исследования, применяемого в ландшафтной экологии [18].

Антропогенный фактор оказывает влияние на гидрологическую функцию ландшафтов. Особенно остро это проявляется в условиях избыточного увлажнения, когда величины осадков превышают величины испарения.

Цель исследования – характеристика ландшафтно-гидрологической организации бассейна р. Майма с учетом антропогенного фактора.

Задачи исследования:

• 1.    Характеристика климато-гидрологического и литолого-гидрологического фонов территории.

• 2.    Классификация местоположений как основы для ландшафтно-гидрологической классификации.

• 3.    Анализ актуального состояния наземных покровов, определяющих условия функционирования ландшафтно-гидрологических комплексов.

Объект и методы исследований

Бассейн р. Майма имеет площадь 776,5 км2 и расположен в пределах Северной Алтайской (69,6 %) и Северо-Восточной Алтайской (30,4 %) физико-географических провинций Алтайской горной области. Большая часть ландшафтов относится к подклассу низкогорных, тогда как горно-долинные и среднегорные ландшафты вместе занимают 10,5 % [2; 10].

На существенной части территории осадки превышают испарение. Так, по данным ГМС Кызыл-Озек, расположенной в низовьях бассейна, среднегодовое количество осадков составляет 799,7 мм, а годовая величина испаряемости – 533,5 мм [3; 12].

Работы выполнялись в соответствии с алгоритмом ландшафтно-гидрологических исследований, предложенным для территорий с дефицитом гидрометеорологической информации Д.В. Черных и др. [11]. Алгоритм включает в себя несколько блоков (этапов), каждый из которых завершается построением серии ландшафтно-интерпретационных карт.

В качестве исходной информации для создания ландшафтной основы бассейна р. Майма использовались: топографические карты масштаба 1 : 100 000; данные дистанционного зондирования (Landsat TM; материалы сервисов Google maps, Bing Maps и др.), полевые описания (ландшафтные и почвенные) сотрудников лабораторий ландшафтноводноэкологических исследований и природопользования и биогеохимии ИВЭП СО РАН [7]; фондовые, литературные и картографические материалы (Росгидромет, Гипрозем, фонды ИВЭП СО РАН).

Результаты и обсуждения

Классификация ЛГК выполнена на основе характеристик климато-гидрологического, литолого-гидрологического фонов и местоположений [11].

То, каким образом ЛГК выполняют свою гидрологическую функцию, во многом зависит от внешнего сигнала, то есть фоновой по отношению к ним тепло- и влагообеспечен-ности. Иными словами, внешний сигнал определяется климато-гидрологическим фоном, который характеризуется региональными величинами атмосферных осадков и испаряемости. Бассейн р. Маймы находится в пределах умеренно избыточно-влажной зоны (ГТК Селянинова 1,30–1,40) – низкогорные лесостепные и подтаежные ландшафты Северного Алтая и избыточно-влажной зоны (ГТК Селянинова 1,40–3,00) – низкогорные чернево-таежные и среднегорные таежные ландшафты Северо-Восточного Алтая. Это приводит к тому, что для бассейна характерны высокие среднегодовые модули стока: для темнохвойных и чернево-таежных лесов - 27,3 л/с-км2; для смешанных лесов - 8,45 л/с-км2, для светлохвойных и лиственных - 7,00 л/с-км2, для лесостепных - 6,95 л/с-км2 [5].

Литолого-гидрологический фон на значительной части территории представлен кристаллическими породами и маломощными продуктами их выветривания со значениями предельной полевой влагоемкости менее 15 %. При прочих равных условиях такие ландшафты максимально быстро отдают влагу. В лесостепных и подтаежных низкогорьях шире представлены ландшафты на покровных лессовидных суглинках и суглинисто-щебнистых продуктах выветривания кристаллических пород, которые характеризуются более хорошими водно-физическими свойствами (предельная полевая влагоемкость более 30 %). При этом за счет близкого залегания плотных пород и преобладания склоновых поверхностей в периоды весеннего снеготаяния и дождей они не способны аккумулировать большие объемы влаги.

Из восьми классов местоположений, выделенных для территории Алтайского края и Республики Алтай [11], в бассейне р. Майма представлены четыре. Все они в той или иной мере являются транзитными: автономно-транзитные (26,5 % от общей площади бассейна) очень пологие и пологие склоны (_4-10°), собственно транзитные склоны (65,2 %) от покатых до обрывистых (L>10°), аккумулятивно-транзитные днища овражно-балочной сети и долин малых рек (2,3 %) и регулятивно-транзитные поймы средних и крупных рек без крупных болотных массивов, относительно дренированные (6 %). При этом площадь регулятивно-транзитных местоположений, как это обычно бывает в районах с преобладани- ем узких V-образных эрозионных долин, чрезвычайно мала. Кроме этого, в бассейне практически отсутствуют транзитно-аккумулятивные и аккумулятивно-транспирационные местоположения (котловины и понижения со слабопроточными озерами и болотами), благодаря которым происходит торможение стока и снижение паводковых нагрузок. В некоторой степени данные функции могут выполнять пруды, представленные в долинах притоков Маймы. Однако непосредственное соседство с транзитными склоновыми местоположениями вкупе с несоблюдением правил строительства и эксплуатации плотин часто делает их еще большими источниками рисков, чем это было бы в естественных условиях.

В таких фоновых условиях характеристики наземных покровов становятся определяющими для гидрологической функции ландшафтов. В естественных условиях в бассейне р. Майма доминировали лесные ландшафты. Это наглядно демонстрируют мелко- и среднемасштабные карты растительности, на которых отражены инвариантные характеристики территории. Так, 83,4 % от общей площади бассейна на карте «Ландшафты Алтая» занимают лесные ландшафты [10]. При этом в пределах лесных ландшафтов могут быть представлены нелесные участки (литогенные серии, послепожарные стадии восстановления лесов и т. д.), однако они, как правило, занимают незначительные площади.

При переходе к крупному масштабу, когда картографируется актуальное состояние наземных покровов, ситуация меняется. По результатам дешифрирования ДДЗ в пределах бассейна р. Майма выделено 15 обобщенных классов наземных покровов (см. рис. 1). В настоящий момент немногим более половины (66,5 %) от общей площади бассейна занято лесами. Петрофитные варианты степей и ос-тепненных лугов, распространенные на крутых склонах световых экспозиций, занимают около 4 %. Оставшаяся часть (почти 30 %) – различного рода антропогенные модификации ландшафтов: вторичные луга, луга с разреженным древостоем, пашня, лесопосадки, застроенные участки (см. табл. 1). При этом значительная часть их располагается на склонах, то есть в пределах транзитных местоположений (см. табл. 2, рис. 2).

Рис. 1. Классы наземных покровов ЛГК бассейна р. Майма

Таблица 1

Классы наземных покровов бассейна р. Майма

Классы наземных покровов		Доля от общей площади бассейна, %
Пихтовый лес		20,3	66,5
Разреженный пихтовый лес		1,3
Кедровый лес		1,3
Разреженный кедровый лес		0,2
Мелколиственный лес		3,2
Разреженный мелколиственный лес		3,9
Сосновый лес		8,8
Лиственничный лес		0,6
Петрофитные степные сообщества		4,0
Антропогенные модификации	Луга, в том числе вторичные	6,4
	Вторичные луга с разреженным древостоем	11,0
	Застройка	4,2
	Пашня	5,7
	Посадки	2,1

Таблица 2

Соотношение классов местоположений и антропогенных модификаций ландшафтов бассейна р. Майма

Классы местоположений ЛГК	Доля антропогенных модификаций ландшафтов, % от площади класса местоположений ЛКГ
Автономно-транзитные	41,0
Собственно транзитные	36,4
Аккумулятивно-транзитные	19,4
Регулятивно-транзитные	3,2

Рис. 2. Соотношение классов местоположений и антропогенных модификаций ландшафтов в бассейне р. Майма (фрагмент)

Известно, что в условиях избыточного увлажнения лес, как сложная многоярусная система, регулирует сток, главным образом за счет снижения пиковых нагрузок [6; 8; 14; 17]. Можно согласиться с высказыванием, что речной сток является избыточным для функционирования геосистем, так как отводится за их пределы [9].

При сведении лесной растительности, что имеет место в верховьях р. Маймы и всех ее притоках, ландшафтно-гидрологическая организация территории существенно трансформируется. Это проявляется в трансформации водного баланса геосистем, в первую очередь в направлении увеличения водоотдачи в периоды снеготаяния и дождей. На наш взгляд, этот фактор был одним из ключевых в том, что паводок 2014 г. в бассейне р. Майма имел столь значительные последствия.

Выводы

• 1.    Разработана серия интерпретационных ландшафтно-гидрологических карт на территорию бассейна р. Майма. Анализ карт климато-гидрологического и литолого-гидрологического фонов показывает, что территория бассейна в целом избыточно увлажнена и имеет низкие значения влагоемкости почвогрунтов.

• 2.    Особенностью рассматриваемой территории является преобладание транзитных местоположений, что в условиях избыточного увлажнения создает риски опасных гидрологических процессов.

• 3.    Анализ структуры актуальных наземных покровов показывает, что почти 30 % занимают антропогенные модификации, значительная часть которых расположены на склонах, что ведет к изменению ландшафтно-гидрологической организации в направлении увеличения рисков гидрологических процессов.