Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1 Физико-географические условия и общая характеристика бассейна реки Деличай 12
1.2. Современные представления о природных и антропогенных факторах геоэкологического мониторинга 30
1.3. Теоретические подходы использования геоинформационных технологий в картографии при анализе и оценке геоэкологического состояния речного бассейна 37
Глава 2. Объекты, методы и методика исследования 41
2.1. Общие принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных территорий на примере бассейна реки Деличай 41
2.2. Анализ и оценка состояния подземных и поверхностных вод бассейна реки Деличай с использованием современных методов и геоинформационных технологий 52
2.3. Анализ и оценка состояния и интенсивности эрозионных процессов в бассейне реки Деличай 62
2.4. Анализ и оценка степени антропогенной нарушенности территории с использованием картографической модели антропогенного 93
Глава 3. Интегральная оценка геоэкологического состояния бассейна реки Деличай 100
3.1. Геоэкологическая модель (карто-схема) районирования, подтверждённая геоинформационным анализом пространственной организации бассейна реки Деличай и серией взаимосвязанных геоэкологических карто-схем 100
3.2. Рекомендации по улучшению геоэкологического состояния бассейна реки Деличай на основе геоэкологической модели (картосхеме) его районирования 103
Заключение 112
Список литературы 115
- Физико-географические условия и общая характеристика бассейна реки Деличай
- Общие принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных территорий на примере бассейна реки Деличай
- Анализ и оценка состояния и интенсивности эрозионных процессов в бассейне реки Деличай
- Рекомендации по улучшению геоэкологического состояния бассейна реки Деличай на основе геоэкологической модели (картосхеме) его районирования
Физико-географические условия и общая характеристика бассейна реки Деличай
Бассейн Деличай, один из основных водосборов бассейна р. Хаблеруд, находится на севере и северо-востоке провинции Тегеран (шахрестан (область) Демавенд), расположенной на севере Центрального Ирана. Провинция Тегеран граничит с Мазендераном на севере, с провинцией Кум на юге, с Центральной провинцией на юго-западе, с провинцией Эльбурс на западе, и с провинцией Семнан на востоке. Рельеф провинции Тегеран делится на три части: горный хребет Эльбурс к северу от столицы, центральные и южные предгорья Эльбурса, и равнинный рельеф провинции Тегеран. Бассейн р. Деличай относится к зоне складчатого Эльбурса (см.: http://russian.irib.ir).
В шахрестане Демавенд – пять основных крупных населенных пунктов (города) – Демавенд, Абали, Рудхен, Гилан, Абсард, пять дехестанов (сельских округов) и 111 деревень. Шахрестан Демавенд, расположен в основном в горной местности и граничит на юге с Ларичан, на юге и юго-востоке – с Гермсар и Верамин, на востоке – с Фирузкух, на западе – Теджриш. В шахрестане Демавенд на севере бассейна реки Деличай расположены озёра Тар и Хавир.
Климат. История областей Ирана, расположенных к западу от Великой пустыни (Деште-Кевир), в древности определялось различием между севером и югом, между мидянами и персами. Это различие не имеет ничего общего с отмечаемым в иранской географической литературе климатическим различием между «холодными» областями, где возделывается пшеница, и «жаркими», где растет и приносит плоды финиковая пальма. Резкую границу между этими климатическими областями провести нельзя, так как климатические условия определяются не только географической широтой, но и положением над уровнем моря.
Иран по климатическим условиям можно разделить на три зоны: жаркое побережье Персидского и Оманского заливов, умеренный, но засушливый климат центрального нагорья и холодный климат в районе Эльбурса. Средняя температура января от + 2С на севере до + 19С на юге, июля – соответственно + 25 С и + 32 С. Осадков выпадает менее 500 мм в год, только на северных склонах Эльбурса – 2000 мм (см.: http://ibrain.kz).
В разных областях провинции Тегеран ввиду ее особого географического положения различаются разнообразные климатические условия. На климат провинции Тегеран влияют три географических фактора: пустыня или Деште-Кевир на юге провинции, горный хребет Эльбурс на севере и влажные западные ветры. В формировании погоды в провинции Тегеран значительную роль играет высота местности: с уменьшением высоты с севера на юг, температура воздуха повышается, а уровень осадков уменьшается. Климат – жаркий и сухой летом и холодный в зимнее и осеннее время. Самый жаркий месяц – июль, самый холодный – январь. Провинция Тегеран расположена на северо-западной окраине солончаковой пустыни, а горная цепь затрудняет движение влажного воздуха с Каспийского моря (см.: http://russian.irib.ir).
Климат в бассейне Деличай, на основе системы классификации De Martonne (Martonne, 1925), в основном, засушливый. Поскольку в бассейне реки существуют различные высоты, то для определения климата лучше пользоваться классификацией климатов В.П. Кёппена (Kppen, 1918). Она основана на концепции, в соответствии с которой наилучшим критерием типа климата является то, какие растения прорастают на данной территории в естественных условиях и на учёте режима температуры и осадков. По Кёппену, существует пять типов климатических зон, а именно: А – влажная тропическая зона без зимы; В – две сухие зоны, по одной в каждом полушарии; С – две умеренно тёплые зоны без регулярного снежного покрова; D – две зоны бореального климата на материках с резко выраженными границами зимой и летом; – две полярные области снежного климата (Kppen, 1918).
Внутри зон, выделенных по изотермам самого холодного и самого тёплого месяцев и соотношению средней годовой температуры и годового количества осадков с учётом годового хода осадков, в типах А, С и D различаются климаты с сухой зимой (w), сухим летом (s) и равномерно влажные (f). Сухие климаты по соотношению осадков и температуры делятся на климаты степей (BS) и климаты пустынь (BW), полярные климаты – на климат тундры (ЕТ) и климат вечного (постоянного) мороза (EF)1.
Используя классификацию климата Кёппена в программном обеспечении ArcGIS 10.1, была подготовлена карта распределения типов климатов для бассейна реки Деличай (рис. 1.1).
На основе классификации Кёппена для бассейна р. Деличай показано, что если высота бассейна Деличай составляет 1400-2050 м, то климатический тип – BWh – пустынный климат с температурой июля 28 – 35 C (34,5% – территория южной части бассейна). Если высота бассейна 2050-3000 м, то климатический тип – BWa – пустынный климат с температурой июля 23 – 28 C (56,7 %, – центральная и северная части бассейна). Если высота бассейна 3000 м, то климатический тип – BWl – пустынный климат с температурой июля 10 – 18 C (8,8% - северная часть бассейна).
Растительность. В результате климатических условий провинции Тегеран, как горные районы, так и равнины покрыты полупустынной растительностью. Низкий уровень осадков и сухая погода способствуют произрастанию кустарников и зарослей, свойственных пустынным и полупустынным степях горах. В северных районах провинции выпадает более 300 мм осадков в год, а плодородные почвы и своеобразные топографические особенности создают удобный растительный покров в виде весенних и летних пастбищ в горах и равнинах для местных скотоводов и кочевников. Основные разновидности флоры в этих районах - это остролистная фисташка, тамариск, гулявник, лакричник солодка, астрагал, тимьян, лишайник и акант В центральной части шахристана Демавенд - относительно плодородные земли сельскохозяйственного назначения. В южной части Демавенда из-за засушливого климата и малого количества подземных вод доля земель, используемых в сельском хозяйстве, очень мала (см.: http://russian.irib.ir).
В Демавенде можно выделить пять основных типов растительности: Ephedra - Stipa - произрастающий на высотах 1600-2300 м над уровнем моря; Artemizia - Ephedra - на высотах 1600-2100 м над уровнем моря; Artemizia - Stipa-1- в районе исследования можно найти этот тип на высотах 1600-2100 м над уровнем моря; Artemizia - Scariola - на высотах 1600-2000 м над уровнем моря; Artemizia - Stipa-2 - на высотах 1560-2200 м над уровнем моря (yOjjbi W Qjljj, 2010).
Геоморфология. Геоморфологическое строение бассейна р. Деличай можно разделить на три основные составляющие по характеру течения реки - верхнее, среднее и нижнее: гористый раздел (верхнее течение - северные части бассейна); предгорья (среднее - большие площади центральных и южных частей бассейна); территория аллювиального конуса выноса (нижнее - здесь низкая крутизна склонов, - восточные части бассейна с сельскохозяйственными землями и садами) (Ahmadi, 1989).
Территория бассейна Деличай представлена горными породами различных геологических периодов - юрского, кембрийского, эоценового, триасового, мелового, миоценового, докембрийского, пермского, четвертичного (аллювий, делювий, вулканические породы), плейстоцена и голоцена, различных геологических формаций с соответствующим литологическим составом горных пород (табл. 1.1). Большинство этих горных пород – осадочные и менее 10% – магматические. Осадочные породы, в отличие от магматических, образуются только на поверхности земной коры в результате оседания под действием силы тяжести и накопления осадков на дне водоёмов и на суше. По способу образования осадочные горные породы делятся обычно на следующие группы: обломочные, химические и органические, или органогенные (Якушова и др., 1988).
Основной вид экономической деятельности в бассейне р. Деличай – сельское хозяйство – пашни и сады (среди важнейших сельскохозяйственных культур – орехи, картофель и помидоры, садовых – яблоки, вишни) и животноводство, основанное на разведении овец, коз, верблюдов, крупного рогатого скота, пчеловодство.
Из-за засушливого климата и гористого рельефа Иран не обладает достаточными водными ресурсами. Поэтому основными факторами хозяйственной деятельности на речных бассейнах Ирана являются русловое регулирование, промышленнокоммунальное и особенно сельскохозяйственное водопользование. Сельское хозяйство и животноводство – основными потребителями воды, на которые приходится 86 млрд м3 или 92,2% от общего объема. На муниципальные и промышленные нужды водозабор составляет 6,2 и 1,1 млрд. м3 соответственно (Джандаги, 2016).
Общие принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных территорий на примере бассейна реки Деличай
Развитие бассейнового подхода в геоэкологических исследованиях. В 1948 г. в Великобритании была опубликована книга Р. Хортона «Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов», где речные бассейны рассматриваются как «эрозионные комплексы». Ранее в первой четверти ХIХ в. Д. Плайфер впервые «обратил внимание на то, что 1) «всякая река состоит из главного ствола, питающегося от различных притоков»; 2) «все они вместе образуют систему долин», в которой каждое звено развивается согласовано; 3) река течет по долине, размеры которой «соответствуют» ее параметрам; 4) впадение рек друг в друга согласовано по углам наклона» (цит. по: Кружалин, 2001).
В последующем бассейновый подход рассматривался в работах А. Стралера (Strahler, 1952), Н.А. Ржаницинына (Ржаницин,1960), А.Е. Шайдеггера (Шайдеггер, 1964) и др. А.А. Вирский впервые в отечественной геоморфологии предлагает при изучении эрозионного рельефа выделять как основную типологическую единицу «эрозионный комплекс», который включал в себя определенный набор взаимосвязанных элементов (склонов, днищ), обладающий целостностью (обеспечивается площадью водосбора) и закономерностями устройства (морфологическая закономерность)» (Вирский, 1960).
По мнению Трифоновой Т.А. и др. (2009), речные водосборные бассейны, образование и функционирование которых определено взаимодействием эндогенных и экзогенных факторов, представляют собой достаточно устойчивые к внешним (например, сейсмическим) воздействиям структуры, но внутри которых происходят сложные динамические процессы, обусловленные рядом факторов (свойствами геологического фундамента, в котором образуются русловые трещины, соседством других бассейнов, тектоническими условиями и т.п.).
В настоящее время бассейновый подход, на основе выделения целостной системы свойств водотоков на основе измерений различных признаков водосборного бассейна, активно применяется в геоэкологических изысканиях (Трифонова и др., 2009).
Бассейновый подход использован при сегментация бассейна реки Деличай. Для расчета порядка речного притока использована числовая мера, разработанная Р.Э. Хортоном (Horton, 1945) и А.N. Strahler (Strahler, 1952). В математике число Strahler или номер Хортон-Strahler математического дерева – числовая мера его сложности разветвления. По Strahler,у, каждый сегмент потока или реки в пределах речной сети рассматривается как узел в дереве со следующим сегментом вниз по течению как его родитель. Когда два потока первого порядка объединяются, они формируют поток второго порядка. Два потока второго порядка объединяясь, формируют поток третьего порядка. Потоки присоединения более низкоуровневого к более высокоуровневому потоку порядок не изменяют на порядок более высокого потока. Таким образом, если поток первого порядка присоединяется к потоку второго порядка, это остается потоком второго порядка. Только когда поток второго порядка объединяется с другим потоком второго порядка, это становится потоком третьего порядка (рис. 2.1).
Район речного бассейна Деличай на основе топографической карты бассейна Деличай в масштабе 1:50 000 (2014 г.) и гидрографической сети в масштабе 1:50000 (2014 г.) (Mahdavi, 1991, LSJ\ , 2003) поделён на 30 гидрологических блоков (суббассейнов, по Strahler, 1952) (рис. 2.2) и каждому суббассейну присвоен соответствующий код (от устья к истоку р. Деличай). Основные характеристики этих суббассейнов приведены в таблице 2.1.
Методика интегральной оценки состояния природной среды.
Методические принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния универсальны и могут быть применены для аридных и семиаридных территорий на примере бассейна Деличай.
Комплекс критериев оценки состояния природно-геологической среды, разработанный на основе четырёхранговой оценочной структуры, был рассмотрен на примере бассейна Деличай (Насири, Широкова, 2016; Насири, 2017; Насири и др. 2017). Для геоэкологической оценки выбран балльный подход, в котором каждому параметру (подземные и поверхностные воды, степень антропогенной нарушенности территории, эрозионные процессы) присваивался балл от 1 до 10. Баллы суммируются с учётом воздействия соответствующего параметра. Общие принципы геоэкологической оценки являются составной частью региональных геоэкологических исследований и картографирования и включают системный анализ природно-геологических и антропогенных факторов и ряд методических приёмов, связанных
Методика интегральной оценки состояния природной среды и её компонентов на основе выделения суббассейнов р. Деличай включала:
1. Определение комплекса оценочных критериев и показателей.
Основными объектами оценки геоэкологического состояния определены компоненты природной среды: литогенная основа ландшафта, рельеф, почвы, растительность, климат (осадки), поверхностные и подземные воды, по которым выделены 6 наиболее весомых показателей: 1) поверхностные воды питьевого назначения; 2) поверхностные воды сельскохозяйственного назначения; 3) подземные воды питьевого назначения; 4) подземные воды сельскохозяйственного назначения; 5) степень антропогенной нарушенности территории; 6) состояние и интенсивность эрозионных процессов (табл. 2.2).
Для определения качества поверхностных и подземных вод питьевого назначения использован метод Шулера (Schoeller, 1935); определения качества поверхностных и подземных вод сельскохозяйственного назначения – метод Уилкокса (Wilcox, 1948); расчёта интенсивности эрозионных процессов в районе исследования – модель ГИС; учёта величины плотности растительного покрова – индекс NDVI (Kriegler et al., 1969); оценки степени антропогенной нарушенности - ГОСТ 17.8.1.02-88 «Охрана природы. Ландшафты. Классификации».
Для учёта факторов, влияющих на интенсивность эрозионных процессов: а) определены цели и методология исследования; б) проанализирован информационный материал и выбран программный пакет ArcGIS; в) составлены цифровые тематические карто-схемы; г) определены основные факторы, влияющие на эрозионные процессы, используемые в модели ГИС; д) рассчитана R (сумма основных факторов, влияющих на эрозионные процессы) для каждого суббассейна; е) категоризированы различные уровни эрозии и определена интенсивность эрозионных процессов в районе исследования. В модели ГИС учитываются параметры, которые максимально влияют на развитие интенсивности эрозионных процессов: тектонические разломы, тип горной породы, густота гидрографической сети, орографические особенности (абс. высота, крутизна склона и др.), атмосферные осадки и растительность.
Графики (схема) Шулера (Schoeller, 1935) обычно используются для засушливых и полузасушливых районов, где преобладают аридный и семиаридный типы климата с малым количеством осадков или полным их отсутствием (Kardavani, 1988; Rahmani, Samadi, 2008), и к числу главных растворённых минеральных компонентов природных вод принадлежат ионы SO4-2, HCO3-, Cl-, Mg2+, Ca2+, Na+. Метод Шулера основан на полулогарифмической схеме концентрации именно этих основных ионов, при этом содержание К+ в поверхностных и подземных водах незначительно (менее 2 мг/л).
Анализ и оценка состояния и интенсивности эрозионных процессов в бассейне реки Деличай
Во всех странах мира эрозии почв, особенно водной, посвящено множество практических наблюдений и теоретических исследований. Однако в теоретических и экспериментальных исследованиях по воздействию эрозии все еще имеются существенные недостатки, связанные главным образом с недооценкой ее физических причин и излишним увлечением «эмпирическими формулами», часто не учитывающими элементарных физических условий в эрозионных процессах, а главное, не обеспечивающих точности в ответах (Звонков, 1962).
Расходимость в результатах использования таких формул поразительна: например, очень важный показатель эрозии почвы – критическая скорость течения потоков, при которой начинается размыв частиц грунта, – определяется по этим формулам, причем результаты дают пятикратную расходимость. Не менее важный показатель мутности потока при определении его для одних и тех же условий дает во много раз большую расходимость (Звонков, 1962).
Эрозия это одна из форм ухудшения или деградации состояния почвы. Со временем нарушается почвенная структура, происходит засолённость почвы и она уплотняется. Вначале процесс происходит незаметно, но очень скоро он вызывает серьезные потери верхнего слоя почвы, сокращается потенциал с/х культур, повреждаются дренажные сети (Bennett, 1939).
Масштабы и темпы почвенной и водной эрозий зависят от количества осадков, от их интенсивности и стока. Дождевые капли, попадая на поверхность почвы, разрушают почвенные агрегаты и почвенный совокупный материал (Lentz et al., 1992; Amini et al., 2010; Aslinejad et al., 2014).
Дожди и особенно грозы заставляют почву высокими темпами передвигаться за короткий период. Эрозия которая возникает в результате длительных и интенсивных осадков, не так заметна, но сумма потерь из-за этого может быть значительной (Amini et al., 2010; Nasiri, 2014; Nasiri et al., 2017).
Скорость формирования (образования) почвы невозможно измерить точно, но приблизительная оценка такова - при нормальных обстоятельствах 25 мм почв на поверхности Земли формируется за 300 лет. Скорость формирования почвы из-за коррозии, выветривания и выщелачивания снижается на 30 лет (Bennett, 1939; Nasiri et al., 2016).
Различают геологическую и ускоренную эрозию почвы. Под геологической эрозией понимают разрушение поверхности суши, происходившее как в прошлом, так и теперь под влиянием естественных причин. В настоящее время темпы такой эрозии малы, внешне незаметны и перекрываются процессом почвообразования (см.: http://eko-forest.ru).
Многие недавние исследовательские усилия были сосредоточены на лучшем понимании ветра и движущейся воды, их воздействие на качество воды и на сохранение ресурсов. Эти исследования часто используются в моделях для прогнозирования загрязнений или для природоохранного планирования. Модели чаще бывают представлены в виде компьютерных программ, предназначенных для обработки повторяющихся сложных расчетов (Звонков, 1962).
Существует много моделей оценки эрозии почв и седиментации. Методы оценки эрозии прикладными формулами способствуют выделению особенностей типа и форм эрозии, для которых они разработаны. Но чаще прогнозируемое с их использованием отличается от реальной наблюдаемой эрозии (Звонков, 1962).
Для учёта факторов, влияющих на интенсивность эрозионных процессов в бассейне р. Деличай:
а) определены цели и методология исследования;
б) проанализирован информационный материал и выбран программный пакет ArcGIS 10.1;
в) составлены цифровые тематические карто-схемы;
г) определены основные факторы, влияющие на эрозионные процессы, используемые в модели ГИС;
д) рассчитана R (сумма основных факторов, влияющих на эрозионные процессы) для каждого суббассейна;
е) категоризированы различные уровни эрозии и определена интенсивность эрозионных процессов в районе исследования.
Среди геоморфологических факторов эрозионным процессам благоприятствуют крутые и длинные склоны, большая площадь водосбора, экспозиция склонов, обращенных к солнцу и влагонесущим массам. Усиливают эрозию активное неотектоническое поднятие территории, которое ведет к увеличению крутизны склонов и усилению гравитационного потенциала. В свою очередь, густая древесная растительность предохраняет грунты от смыва и размыва.
В модели ГИС учитываются параметры, которые максимально влияют на развитие интенсивности эрозионных процессов: тектонические разломы, тип горной породы, густота гидрографической сети, орографические особенности (абс. высота, крутизна склона и др.), атмосферные осадки и растительность (Nasiri et al., 2013).
В программном обеспечении ArcGIS 10.1 для каждого из вышеперечисленных параметров подготовлены соответствующие тематические слои (карто-схемы) (рис. 2.10–2.18, 2.23–2.25).
Основная площадь Ирана занята крупными блоками позднедокембрийской континентальной коры, представляющими северную окраину гондванского континента, в различной степени переработанную альпийским тектогенезом (Бондарик, 1996).
Позднепротерозойские комплексы выходят на поверхность в различных районах преимущественно в пределах Центрального Ирана. Повсеместно они образуют выступы древнего фундамента, перекрытою осадочными образованиями венда и палеозоя. Эти выступы сложены различными метаморфическими породами, формирование которых протекало и условиях зеленосланцевой и реже амфиболитовой фаций метаморфизма (Абеди, 1999; Шекари, 2001).
Верхи этой толщи принадлежат уже ордовику. Силурийские отложения распространены слабо и чаще всего, благодаря незначительной мощности, включаются в нижележащие серии. Для этой эпохи были характерны менее стабильные условия, поэтому некоторых районах Центрального Ирана и Эльбурса проявились вулканические процессы, сопровождавшиеся эпейрогеническими движениями. Они отмечены перерывами в седиментации и размывами, залегающих на докембрийских образованиях (на западе Эльбурса – район город Решт, на севере – зоны Бафка и восточнее – город Энарек). Во всех отмеченных районах силурийские терригенные и карбонатные отложения вмещают покровы и силлы основного состава, сложенные меймечитами, спилитами, диабазами, мелофирами, порфиритами и основными туфами. Это, по-видимому, связано с проявлением процесса рассеянного рифтогенеза, проявившегося на пассивной окраине древнего континента и связи с каледонскими движениями. Последние отражены в специфике состава отложений нижней части девона, представленных континентальными красноцветными песчаниками и песчано-глинистыми сланцами с конгломератами, залегающими с размывом на подстилающих породах. Верхняя часть девона, обычно имеет карбонатный состав, но в Эльбурсе и на западе Ирана они включают песчано-глинистые отложения (Шекари, 2001).
Залегание подземных вод в земной коре в значительной мере определяется геологическим строением местности: структурой и литологическим составом горных пород. Условия залегания подземных вод, её запасы и качество в значительной степени определяются водно-физическими свойствами горных пород. Просачивание атмосферных вод происходит в почвы и породы зоны аэрации; далее, в пределах водоносного горизонта просачивание переходит в подземный сток. Последний осуществляется в виде подземных потоков в водопроницаемых пористых или трещиноватых породах (см.: http://abratsev.ru).
Водопроницаемость, свойство почвы воспринимать влагу с поверхности, проводить её между ненасыщенными водой горизонтами и фильтровать через толщу горизонтов, насыщенных водой, – оказывает существенное влияние на ход почвообразовательных процессов, формирование поверхностного, бокового и грунтового стока воды и на интенсивность эрозионных процессов. Интенсивность и величина просачивания, а также пути и интенсивность подземного стока определяются сочетанием климатических условий, степени расчленённости рельефа, водопроницаемости горных пород и характера геологических структур.
По степени водопроницаемости породы подразделяются на две основные группы: водопроницаемые и водонепроницаемые, или водоупорные. В зоне недостаточного увлажнения питание грунтовых вод за счёт просачивания атмосферных вод происходит лишь в местах, наиболее благоприятных для их скопления на поверхности и просачивания в глубину. Такими местами являются пониженные участки (блюдца, котловины, балки), лесные полосы, а также участки, хорошо дренированные, сложенные водопроницаемыми породами (Парахуда, 2005).
Свойства почвогрунтов – водопроницаемость и их структура способствуют эрозии. Например, пески впитывают воду и тем самым «гасят» эрозию, а суглинки, наоборот способствуют смыву и размыву почвогрунтов (Кошевой, Любушкина, 2014).
Рекомендации по улучшению геоэкологического состояния бассейна реки Деличай на основе геоэкологической модели (картосхеме) его районирования
Задача оптимизации использования природных ресурсов решается в высокоразвитых странах на основе критерия комплексного использования ресурсов.
Территория верхнего (суббассейны Щ, Ч, Ф, Т) и среднего (суббассейн С) течения Деличай находится в неблагоприятном геоэкологическом состоянии из-за сильного нарушения ландшафтов (степень антропогенной нарушенности составляет более 60%, из-за распашки территорий и сельскохозяйственной деятельности человека), увеличения интенсивности эрозионных процессов (R 30, эрозионные процессы и дефляция почв увеличивается за счёт крутизны склонов 45%, абсолютной высоты 2400 м, осадков – среднее количество осадков, за 30 лет, 1984-2014 гг. равно 250 мм, наличия тектонических разломов – среднее расстояние от разломов 200 м). Целесообразно, чтобы государственные учреждения – Департамент природных ресурсов Тегерана, Исследовательский центр провинции Семнан и др. – провели необходимые мероприятия по снижению уровня эрозии почв и антропогенного нарушения ландшафтов в этих суббассейнах (рис. 3.1).
Характеристики качества поверхностных вод (на основании 30 проб на выходе суббассейнов, за период 1984-2014 гг.) и подземных вод (данные 12 кяризов, 269 родников и 123 скважин) в бассейне реки Деличай за период 1984-2014 гг. показали, что качество поверхностных и подземных вод питьевого назначения всех суббассейнов находится в умеренно опасном диапазоне (среднее качество: Ca – 189,66 мг/л, Na – 176,6 мг/л, Mg – 82,66 мг/л, SO4 – 370,33 мг/л, HCO3 – 391,33 мг/л, Cl – 366,33 мг/л). Следовательно, поверхностные и подземные воды питьевого назначения бассейна реки Деличай не соответствуют нормативам качества питьевой воды по ISIRI: так содержание Cl – 366,33 мг/л, что превышает максимально возможное содержание Cl по ISIRI (250 мг/л), и SO4 – 370,33 мг/л (250 мг/л по ISIRI).
Характеристики качества поверхностных вод (на основании 30 проб на выходе суббассейнов, за период 1984-2014 гг.) и подземных вод (данные 12 кяризов, 269 родников и 123 скважин) в бассейне реки Деличай за период 1984-2014 гг. показали, что качество поверхностных и подземных вод сельскохозяйственного назначения всех суббассейнов находится в опасном диапазоне (для поверхностных вод (класс C3S2) – 6 баллов, подземных вод (класс C3S3) – 7 баллов). Следовательно, поверхностные и подземные воды сельскохозяйственного назначения бассейна реки Деличай не соответствуют нормативам качества питьевой воды по ISIRI: так среднее содержание EC по 123 скважинам – 2245 s/см, по 12 кяризам – 2228 s/см, по 269 родникам – 2212 s/см, что превышает максимально возможное содержание EC по ISIRI (1600 s/см).
Существуют различные методы очистки водных ресурсов от загрязнения: адсорбция, химические методы, обратный осмос, ионный обмен и биологические методы (рис. 3.2) (Zhu, Balke, 2005). Но каждый из этих методов имеет свои недостатки, как то неэкономичность, сложность в их реализации и наличие отходов. Для очистки водных ресурсов от загрязнения исследователи ищут оптимальные технологии с целью решения этих проблем. Одной из таких технологий является использование наночастиц железа (Center, 2015). Наночастицы железа, с одной стороны, благодаря наличию активной поверхности, ведут к изменению свойств воды, а с другой стороны, из-за их небольшого размера, могут проникать в почву и «проходить» большие расстояния до подземных вод. Поэтому применение наночастиц железа является очень эффективным средством очищения подземных вод. При этом следует применять два метода очистки: 1) инъекция наночастиц железа в пробуренные скважины; 2) использование проницаемой стенки (treated plume) как фильтра, содержащего наночастицы (рис. 3.3).
В первом методе закачивают в водные хранилища наночастицы железа под давлением через пробуренные скважины. Во втором – наночастицы железа наносятся на проницаемую стенку, которая расположена на пути потока воды. В этом способе, как и в предыдущем, проходя через проницаемую стенку, загрязнённые воды очищаются.
Из-за интенсивного использования подземных вод в суббассейнах Ж, К, Л, О, П, Р, С, Т, У рекомендуется ограничить бурение глубоких скважин (сейчас – 123 скважины со средней глубиной 54 м): Ж (19 скважин), К (20), Л (11), О (10), П (8), Р (11), С (13), Т (4), У (27). Поскольку в бассейне Деличай подземные воды находятся в опасном диапазоне, поэтому рекомендуется потребителям ограничить избыточное применение химических веществ. В будущем возможно использование наночастиц железа (табл. 3.2) для снижения уровня загрязнения подземных вод в бассейне Деличай (Center, 2015).
Интенсивность эрозионных процессов в современную эпоху порождена либо прямыми, либо косвенными последствиями антропогенного происхождения. К первым следует отнести широкую распашку земель в эрозионно-опасных районах, особенно в аридной и семиаридной зонах. Такое явление типично для таких стран, как Иран (бассейн реки Деличай).
В бассейне реки Деличай – высокая интенсивность эрозионных процессов (класс интенсивности – высокий и сумма 7 эффективных факторов водной эрозии по модели ГИС 45) происходит в суббассейнах С, Х. В этих суббассейнах интенсивность эрозионных процессов и дефляция почв увеличивается в связи с такими факторами, как крутизна склонов ( 70% ), абсолютная высота (2800-3200 м), осадки (среднее количество осадков за 1984-2014 гг. равны 350-550 мм), наличие тектонических разломов (среднее расстояние от разломов 100 м), эрозия речного потока пятого порядка, исчезновение лесов, неумеренный выпас скота, сельскохозяйственная деятельность человека, распашка почв без соблюдения определенных правил и наличие образования мергеля (мергель является наиболее слабой осадочной породой, то есть наиболее чувствительна к водной эрозии).
В бассейне Деличай борьба с водной эрозией, которая происходит в связи с такими факторами, как крутизна склонов, наличие тектонических разломов, эрозия речных потоков пятого порядка – почти невозможна и экономически невыгодна. На возделываемых участках суббассейнов Ж (3,1%), Е (3,8%), И (14,4%), Й (3,4%), К (4,2%), Л (5,1%), С (19,8%), Т (10,2%), Ф (12,3%), Ч (16,8%), Щ (9,4%) для уменьшения интенсивности эрозионных процессов необходимо использовать современные системы распашки почв – технологии прямого посева (или noill) и miniill, позволяющие улучшить состояние почвы, сэкономить на топливе и человеческих ресурсах. На крутых склонах суббассейнов Ж, Е, И, К, Л, Т, Ф, Ч, Щ для их закрепления и уменьшения эрозии рекомендуется облесение подвижных грунтов – посадка растений с длинными и прямыми корнями – сосна, кипарис, коренных растений – сумах, дикая груша, робиния и др.; культивирование устойчивых к эрозии культурных и дикорастущих растений (табл. 3.2).
Для улучшения структуру почвы и уменьшения эрозии мергелесодержащих пород показано использование корректирующих соединений, в том числе полимеров (Shainberg et al., 1992). Gal M. и др. (Gal et al., 1992) показали, что полимеры увеличивают пористость и инфильтрацию мергелесодержащих горных пород. Полиакриламидный полимер PAM (Polyacrylamide, ПАА) является распространённым полимером для уменьшения эрозии почв и состоит из группы полимеров на основе акриловой кислоты. Иранские учёные Boroghani M. и др. в (Boroghani et al., 2012) установили, что применение ПАА в концентрации 0,2, 0,4 и 0,6 г/м2 позволяет снизить капельную эрозию при орошении интенсивностью 65...120 мм/ч. Максимальный эффект от полиакриламида в снижении капельной эрозии на 40% по сравнению с контролем наблюдался при концентрации 0,4 г/м2 (Aase, 1998; Sepaskhan, Bazrafshan Janromi, 2006).
В суббассейнах Л и Н наиболее распространены мергелесодержащие горные породы, поэтому для борьбы с эрозией в этих суббассейнах рекомендуется использовать полиакриламидный полимер PAM (ПАА) (табл. 3.2), улучшающий структуру почвы за счёт увеличения пор почвы и стабильности частиц мергеля (Shainberg et al., 1992).
Меры защиты от эрозионных процессов в суббассейнах М, С, Х, Ц, Э, Ш, Т, Ф, Ч, Щ, Ы, У предлагается осуществлять следующим образом: 1) изучить физико-географические и экономические условия конкретного района или хозяйства, которые, в зависимости от рельефа, почвенного покрова и особенностей хозяйственного использования угодий, в разной степени подвержены разрушительному действию воды; 2) исходя из местных особенностей, составить почвенно-эрозионный план с выделением категорий земель, в разной степени подверженных воздействию водной эрозии; 3) из-за высокой интенсивности эрозионных процессов в суббассейнах М, С, Х, Ц, Э, Ш, Т, Ф, Ч, Щ, Ы, У рекомендовать соответствующим государственным органам как при создании Плана комплексного управления водосборными бассейнами (Integrated Watershed Management Plan, IWMP6, 2003) (табл. 3.2) так и при проведении противоэрозионных землеустроительных мероприятий, использовать ГИС-технологии для геоэкологической оценки состояния территории (Nasiri, Alipur , 2014; Насири и др., 2017).