Приовражные лесные полосы

Овраги — результат ускоренной водной, а сыпучие пески — ветровой эрозии. Те и другие принадлежат к категории земель, неудобных для возделывания сельскохозяйственных культур. Они не только неудобны, но даже вредны, отрицательно влияя на водный и ветровой режимы территории. Их площади непрерывно увеличиваются, что приводит к безвозвратным потерям все новых высокопродуктивных сельскохозяйственных угодим. Однако эти земли можно превратить в продуктивные при умелом их использовании.

Понятие об овражной эрозии почвы.

В отличие от поверхностной эрозии почвы, вызываемой стоком рассеянных струй воды, овражная эрозия возникает при концентрации их в сравнительно мощные водные потоки. Это происходит при стекании воды со склонов водосбора в естественную гидрографическую сеть или в искусственную ложбину. Такие ложбины образуются в результате напаши вдоль границ полей, а также по пахотным бороздам и кюветам дорог. Водный поток, если он при имеющихся уклонах поверхности земли обладает достаточно большой разрушительной силой, промывает по дну ложбины или балки русло, а почву и грунт уносит в реки и моря. Поскольку поверхностный сток талых или ливневых вод периодически повторяется, то ежегодно происходит дальнейший рост оврагов в глубину, длину и ширину.

Следовательно, ОврагЭто отрицательная форма рельефа, образованная сравнительно недавно периодически стекающим водным потоком. В нем следует различать вершину, устье, конус выноса, дно, бровку и откосы ( рис. 1).

Схема оврага

Рис. 1. Схема оврага: а – вершина; б – отвершки; в — бровка; г – тальвег; д – откосы; е – конус выноса; ж – бровка балки (долины).

Овраги приурочены к гидрографической сети. Каждое ее звено имеет дно, берега и склоны водосборной площади. По происхождению овраги делится на первичные и вторичные. К первичным относятся овраги, впервые прорезающие новые поверхности земли, ко вторичным — углубляющие существующую гидрографическую сеть (рис. 2).

Б—первичный береговой (склоновый) и вторичные: в – вершинный; д – донный; е – балка(лощина); а – линия водораздела; ж – ложбина; г – граница поля; стрелки – сток воды.

Первичные овраги, как правило, образуются в результате концентрации стока воды по искусственным ложбинам на склонах водосбора какого-либо элемента гидрографической сети (балки и др.). Концентрированный поток воды, устремляясь по такой ложбине вниз но склону, прорывается к берегу балки или долины реки и размывает его. Здесь начинает свое развитие первичный овраг. Поэтому его называют еще Береговым. Поскольку такие овраги в дальнейшем по мере своего развития внедряются в прилегающий склон водосбора, то их называют также Склоновыми. Точнее их следует называть Первичными склоновыми оврагами.

Вторичные овраги образуются в результате размыва и углубления дна гидрографической сети, поэтому их называют еще Донными.

Овраги, растущие по дну ложбин, расположенных в вершинах балок и лощин, называют Вершинными. Кроме того, следует выделить овраги, растущие по дну боковых ложбин. Они начинают свое развитие на берегу балки и затем продвигаются вверх по водоподводящей ложбине, расчленяя склон водосбора балки. Эти овраги можно назвать Вторичными склоновыми.

Для успешной борьбы с оврагами необходимо иметь представление о важнейших закономерностях их развития.

Разрушительная сила водного потока определяется его кинетической энергией, которая в общей форме выражается формулой:

Где F — живая сила (кинетическая энергия);

т — масса воды;

V — скорость течения воды.

Скорость течения воды (V) В данном случае подчиняется закону Шези и выражается формулой:

Где i — продольный уклон дна русла;

с — коэффициент, зависящий от шероховатости поверхности.

Масса воды (т) Зависит от нормы стока (средней многолетней величины стока с единицы поверхности площади водосбора).

Быстрота роста оврага в глубину определяется кинетической и потенциальной энергией водного потока и сопротивляемостью грунта размыванию водой. Когда эти силы уравновешиваются, рост оврага в глубину прекращается. При прочих равных условиях это может произойти или при уменьшении массы стекающей воды, или при понижении скорости течения вследствие уменьшения продольного уклона дна русла.

Рассмотрим причины образования и особенности роста первичных оврагов. Наиболее типично образование первичного оврага вдоль границы поля или дороги, неправильно проложенных относительно склона. Вдоль такой границы вследствие напашки образуется искусственная ложбина, которая перехватывает небольшие струйки рассеянного стока с вышележащего склона и концентрирует их в более мощный водный поток. Последний достигает берега балки (лощины), где уклон поверхности резко возрастает. При этом увеличиваются скорость потока и его разрушительная сила, в результате чего происходит размыв почвы. На берегу балки образуется овраг, который ежегодно растет вниз по ее берегу и вверх по склону. С. С. Соболев (1948) выделяет четыре стадии в развитии первичных оврагов (рис. 3).

Стадии развития продольного профиля первичного оврага

рис 3. Стадии развития продольного профиля первичного оврага (по С. С. Соболеву) : / — промоина (рытвина); // — врезание оврага вершиной (висячее устье); 111 —

Выработка профиля равновесия; IVЗатухание.

Первая стадия — образование промоины, или рытвины, глубиной 30—50 см. Характерный признак промоины — параллельность продольного профиля ее дна поверхности склона, на котором образовался овраг. В плане овраг имеет линейную форму; поперечное сечение — треугольное или трапециевидное. На распаханных площадях и рыхлых грунтах первая стадия протекает очень быстро (1—3 года).

Вторая стадия — образование вершинного обрыва. Берег балки, как более крутой, чем прилегающий к ее бровке склон водосбора, размывается в глубину быстрее, чем склон, поэтому ниже бровки балки образуется обрыв. Основание обрыва подмывается падающим потоком воды. Стена обрыва обрушивается, глыбы грунта размываются водным потоком и уносятся течением. Высота обрыва над дном оврага в его вершине составляет от 2 до 10 м.

Овраг растет в длину обвалом своей вершины, навстречу водному потоку, врезаясь в прилегающий к балке склон. Одновременно происходит его углубление, но устье оврага еще не достигает уровня дна балки. Овраг как бы «висит» над дном балки.

Продольный профиль дна оврага имеет вид вогнутой линии и сильно отличается от профиля поверхности размываемых берега балки и прилегающих склонов. Откосы оврага обнажены, обрывисты и неустойчивы. Осыпь грунта у их основания не задерживается, так как уносится йодным потоком. Овраг и этой стадии растет как в глубину, так и в ширину. По мере углубления дна оврага его устье опускается все ниже и ниже и наконец достигает уровня дна балки. Овраг вступает в новую, стадию развития.

Третья стадия — выработка профиля равновесия. Она начинается, когда устье оврага опускается до уровня дна балки, то есть достигает местного базиса эрозии. Дно оврага выше устья продолжает углубляться до тех пор, пока продольный его уклон станет соответствовать уклону профиля равновесия для данного грунта. При этом уклоне дна скорость водного потока настолько мала, что его сила будет уравновешиваться сопротивляемостью грунта. При такой скорости водный поток обычно не в состоянии переносить крупные частицы твердого стока, поэтому для профиля равновесия характерно отложение по дну оврага наносов. В начале этой стадии развития наносы откладываются в устье оврага, затем зона отложения увеличивается, подвигаясь к вершине оврага по мере углубления дна и уменьшения ею уклона. Овраг в этой стадии растет в глубину, ширину и длину. Рост в ширину идет в результате подмыва и обрушивания откосов оврага, поскольку водный поток течет по дну не прямолинейно, а извилисто.

Четвертая стадия — затухание роста оврага. Эта стадия начинается после выработки профиля равновесия дна оврага. Дальнейшего углубления дна не происходит. Продолжается рост в ширину вследствие подмыва и обрушивания откосов, в результате чего дно оврага расширяется. Постепенно откосы оврага достигают угла естественного, устойчивого для данного грунта, откоса и покрываются растительностью.

Рассмотрим причины образования и особенности роста вторичных (донных) оврагов. Описание стадий развития первичных оврагов показало, что водный поток, обладающий одной и той же разрушительной силой, вырабатывает такой продольный профиль дна оврага, который соответствует профилю равновесия между размывом и отложением грунта. В результате овраг затухает. В настоящее время значительная часть гидрографической сети имеет донные овраги. Причина их образования, по-видимому, в несоответствии нового, увеличенного, поверхностного стока прежнему профилю равновесия дна балок, лощин и др. Их уклоны остались прежними, поэтому и скорость течения воды но их дну не могла измениться. Следовательно, увеличение кинетической энергии потока можно объяснить при постоянной скорости только увеличением массы воды, стекающей со склонов водосборной площади. Повышенный поверхностный сток нельзя объяснить повышением количества атмосферных осадков, так как в историческое время климат земли не изменился. Увеличение поверхностного стока можно связать только с неправильным использованием земли, вырубкой лесов и усиленной распашкой земли с одновременным ухудшением водно-физических свойств почвы.

Рост донных оврагов начинается с выработки нового профиля равновесия, соответствующего новому повышенному стоку воды. Принципиально не отличаясь от третьей стадии развития первичных оврагов, рост вторичных оврагов имеет и ряд особенностей. Сначала идет разрушение («обновление») дна, а затем и берегов сети. Образование донного оврага может начаться в балочном звене, а затем в лощинах и ложбинах, впадающих в эту балку, по мере продвижения вершины донного оврага к верховьям балки. Этот процесс может начаться и одновременно в нескольких звеньях балочной системы или только в вершине балки. Все будет зависеть от того, в какое звено гидрографической сети происходит наиболее усиленный сброс поверхностного стока воды.

Развитие донного оврага заканчивается полным обновлением дна и берегов древней гидрографической сети. Эти овраги, как правило, многовершинные —по числу прежних лощин и ложбин.

Затухание донного оврага протекает так же, как первичного.

Особенность роста донных оврагов в том, что они наследуют от прежней гидрографической сети их водосборные площади. В эти овраги вода поступает не только через вершину, но и с прилегающих склонов водосбора через бровки балок (лощин). При усиленном стоке воды, который, собственно, и вызывает появление вторичного оврага, берега балок еще до их обновления прорезаются струйчатыми размывами.

Особенности геологического строения той или иной местности сказываются на скорости прохождения от дельных стадий и внешнем виде оврагов. Наиболее быстро идет образование оврагов на лессовых отложениях и рыхлых грунтах. Чем древнее земледельческие районы, тем больше там оврагов. При их росте теряется много земли. Но вред от них не только в этом. Они снижают уровень грунтовых вод, увеличивают площадь испаряющей поверхности и тем самым вызывают иссушение территории, на что указывал В. В. Докучаев (1893). Кроме того, овраги, расчленяя пашню на мелкие участки, делают ее неудобной для обработки. Вынос твердого стока из оврагов и отложение его в поймах рек приводят к обмелению рек и заболачиванию пойм. Овражная эрозия наносит большой и почти непоправимый ущерб земле. Это вызывает острую необходимость изучения данного явления и разработки мер защиты земли от разрушения.

Облесение оврагов.

Борьбу с оврагами начали вести еще в прошлом веке закреплением вершин и дна засыпкой навозом, а также устройством плетней с посадкой ивы и тополя. Эти работы были разрознены и случайны. Более организованная борьба с оврагами началась в начале XX в., когда были организованы песчано-овражные партии. Они состояли из специалистов-лесомелиораторов и гидротехников и находились в подчинении лесного департамента. Эти партии разрабатывали проекты закрепления оврагов и сыпучих песков и организовывали закрепительные работы на средства местных земельных органов и населения. Проекты предусматривали закрепление оврагов в основном устройством различных гидротехнических сооружений и посадкой леса, но не устраняли порождающих их причин. Результаты плодотворной деятельности этих партий (затухшие овраги) видны в ряде мест до сих пор. До 1917 г. было закреплено около 3000 оврагов. По сравнению с их общим числом это ничтожная цифра, но как пример решения задачи работы имели большое значение.

Закрепление оврагов проводится в комплексе мер защиты почвы от эрозии на всем водосборе и предусматривает устранение причин образования оврагов и превращение их в лесные угодья.

Прекращение роста оврагов достигается системой мер, проводимых как на водосборе, так и на овраге.

Для борьбы с оврагами проводится посадка лесных приовражных полос, укрепление вершин и дна бетонными водопропускными сооружениями или задержание воды перед вершиной оврага устройством земляных валов с одновременным облесением приовражья, а в последующем — всего оврага.

Борьба с оврагами посредством лесных насаждений основана на их способности поглощать поверхностный сток воды, кроме того, корни деревьев и кустарников частично скрепляют почву. При этом лесная полоса может поглощать только рассеянный поверхностный сток воды, а концентрированный сток проходит сквозь нее довольно свободно. Также ограничена и способность корневых систем скреплять грунт. При скалывании откосов оврагов происходит обрыв корней и сползание грунта вместе с деревьями к дну оврага.

Для приостановки роста оврагов при помощи леса необходимо так размещать лесные полосы, чтобы они поглотили поверхностный сток воды еще на подступах к оврагу. Это достигается созданием приовражных лесных полос, закладываемых в общей системе водорегулирующих и прибалочиых лесных полос. Приовражные полосы закладывают вдоль бровки оврага, отступя от нее на 3—5 м, с учетом возможности скалывания откосов оврага. Они могут быть созданы по типу прибалочной или полезащитной лесной полосы, в зависимости от условий поступления стока воды в овраг, что, в свою очередь, зависит от типа оврага и стадии его развития.

Рассмотрим специфику закладки приовражных лесных полос по типам оврагов.

Приовражные лесные полосы при развитии первичных оврагов (береговые, склоновые). Как уже отмечалось, эти овраги растут по искусственным ложбинам, в которых концентрируется поверхностный сток, поступающий в них через стокоударную бровку, то есть верхнюю по отношению к склону. Площадь водосбора таких ложбин зависит от их длины, угла пересечения склона, расстояния от водораздела и других факторов.

В первой и второй стадиях развития первичного оврага основная масса воды поступает в него через вершину по икусственной ложбине и лишь небольшая часть стока — через стокоударную бровку. В этом случае приовражную лесную полосу целесообразно закладывать только вдоль стокоударной бровки оврага по типу полезащитной шириной 12,5—15 м. Основное назначение этой полосы —распределение снега. Рост такого оврага может быть прекращен отводом воды от вершины оврага простейшими гидротехническими сооружениями, которые описаны выше (валики-распылители и канавы).

В третьей и четвертой стадиях развития первичного оврага при значительном его протяжении по склону и сбросе в него большого количества поверхностного стока через стокоударную бровку целесообразно вдоль этой бровки закладывать приовражную лесную полосу по типу прибалочной шириной 20 м. По стокоударной опушке через 30—50 м устраивают валики-распылители для отвода воды в лесную полосу. Таким образом, первичные овраги имеют лесную полосу с одной стороны (рис. 4).

Схема размещения приовражной лесной полосы

Рис. 4. Схема размещения приовражной лесной полосы (а) вдоль первичного оврага (б); в — валики-распылители по стокоударной опушке лесополосы.

Приовражные лесные полосы при развитии вторичных оврагов. Развитие этого типа оврагов, как отмечалось, происходит по дну гидрографической сети при поступлении в нее большого количества воды. В каждый элемент гидрографической сети основная масса воды поступает с прилегающих к нему склонов через бровки и частично через вершину. В этих случаях приовражные лесные полосы закладывают по типу прибалочных, вдоль старых бровок балок, лощин и ложбин с обеих сторон, так как у них обе их бровки стокоударные (рис. 5). При этом следует учесть некоторые особенности закладки лесных полос у вершинных оврагов и вдоль размытых берегов балок.

Схема размещения приовражных лесных полос

Рис. 35. Схема размещения приовражных лесных полос (а, Г) При облесении донного оврага (в); б — остаток берега балки; Д— остаток дна балки; Е — прибалочная лесополоса.

При развитии оврага по дну ложбины (вершинный овраг) приовражную лесную полосу закладывают вдоль бровки оврага, отступя от нее на 4—5 м. В этом случае лесную полосу продолжают дальше вершины оврага до 50 м, то есть почти до конца ложбины, чтобы перехватить боковой сток, поступающий в ложбину (рис. 6).

Схема размещения Приовражной лесной полосы

Рис. 36. Схема размещения Приовражной лесной полосы

(а) у вершинного оврага (в);

Б — вершина балки.

Если берега балок рассечены частыми струйчатыми размывами или короткими береговыми оврагами, приовражную лесную полосу закладывают параллельно бровке балки, но выше вершин промоин на ширину полосы.

Овраги всех типов, достигшие четвертой стадии развития, а закрепленные гидротехническими сооружениями и приовражными лесными полосами второй и третьей стадий, подлежат сплошному облесению (овраги в первой стадии заравнивают). В первую очередь посадки леса проводят на теневом откосе (как лучше увлажненном) и по дну оврага; при этом русло водотока не засаживают. В дальнейшем по мере улучшения микроклимата под влиянием лесного насаждения проводят посадку на солнечном откосе, если он естественно не зарастает лесом. Посадку леса на откосах оврагов и смытых берегах балок проводят, размещая ряды по горизонталям. Для этого при уклонах откосов до 12° нарезают плужные борозды, делая полосу шириной 1— 1,5 м, на склонах до 18° сооружают террасы двукратным проходом пятикорпусного плуга, а на более крутых — бульдозерами или террасёрами. На небольших оврагах посадку леса проводят вручную площадками и рядами без поделки террас.

Метки: