Введение к работе
Актуальность темы. В Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы предусмотрено проведение мероприятий по сохранению и повышению почвенного плодородия, рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения. Важное место при охране и рациональном использовании земельных ресурсов занимает защита почв от эрозии. По данным Минэкономразвития и торговли в Российской Федерации на 1 января 2007 года водной эрозии подвержено 17,8% площади сельскохозяйственных угодий, из них 95% расположено в бассейнах малых рек.
Защита почв от эрозии является важнейшим звеном в системе адаптивно -ландшафтного земледелия. Многочисленными исследованиями доказано, что применение агромелиоративных мероприятий позволяет предотвратить эрозионные процессы на склоновых землях. Научно обоснованный выбор комплекса агромелиоративных мероприятий предполагает использование современных моделей эрозии почв. Среди существующих моделей эрозии наиболее приемлемыми для практического применения являются эмпирические. В тоже время эмпирические модели не позволяют производить прогнозирование процесса эрозии и недостаточно учитывают особенности процесса смыва почв на склоновых землях. Для обоснования эффективных противоэрозионных агромелиоративных мероприятий необходим синтез эмпирических и физико-математических моделей, что позволит проводить прогноз интенсивности водно-эрозионных процессов. Надежность принимаемых решений может быть повышена за счет использования современных геоинформационных систем (ГИС).
Целью работы является разработка информационной технологии поддержки принятия решений для обоснования выбора эффективных противоэрозионных агромелиоративных мероприятий в бассейнах малых рек.
Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:
выполнить анализ существующих информационных систем, применяемых для обоснования агромелиоративных мероприятий;
изучить современные модели, позволяющие рассчитать потери почв при водной эрозии на склонах;
выбрать и усовершенствовать эмпирическую модель эрозии почв с учетом фактических условий снеготаяния;
разработать методику создания цифровой модели территории для прогнозирования процесса эрозии почв;
разработать и реализовать комплексную модель и методику прогнозирования потерь почвы на склоновых землях в период весеннего снеготаяния;
разработать методику и технологию автоматизированного выбора эффективных агромелиоративных мероприятий на склоновых землях.
3 PDF created with pdfFactory Pro trial version
Научная новизна:
разработана информационная технология поддержки принятия решений по выбору противоэрозионных агромелиоративных мероприятий с учетом особенностей процесса снеготаяния на склоновых землях бассейнов малых рек;
установлена корреляционная зависимость коэффициента стаивания снежного покрова от фазы снеготаяния для условий Южного Подмосковья;
разработана методика расчета единичного гидрографа речного стока для прогнозирования поверхностного стока в период весеннего снеготаяния;
разработана методика принятия решений на основе сценарных исследований по обоснованию выбора эффективных агромелиоративных мероприятий на землях с различными уклонами.
Основные положения, выносимые на защиту:
комплексная модель для прогноза потерь почвы со склонов при весеннем снеготаянии, основанная на синтезе моделей водоотдачи снежного покрова, аккумуляции талых вод в почве, склоновой эрозии;
методика прогнозирования интенсивности эрозионных процессов при весеннем снеготаянии на основе разработанной комплексной модели и цифровой модели территории речного бассейна;
методика расчета единичного гидрографа для прогнозирования поверхностного стока в период весеннего снеготаяния;
информационная технология поддержки принятия решений по обоснованию выбора эффективных агромелиоративных мероприятий для предотвращения эрозионных процессов и повышения продуктивности эрозионно-опасных склоновых земель.
Методика исследований основана на анализе и обобщении натурных исследований Института фундаментальных проблем биологии РАН (ИФПБ РАН), отечественных и зарубежных публикаций, статистической обработке массивов данных Росгидромета, применении современных программных средств работы с картографической информацией (ArcGIS 9.2) и базами данных (MS ACCESS), программировании и математическом моделировании.
Научная гипотеза: Разработка информационной технологии поддержки принятия решений на основе ГИС водосборного бассейна и математического моделирования вводно-эрозионных процессов позволит повысить обоснованность выбора агромелиоративных мероприятий.
Практическая значимость. Разработанная технология обеспечивает информационную поддержку землепользователю при выборе рационального варианта агромелиоративных мероприятий с учетом почвенных и морфометриче-ских характеристик рельефа, фактических и прогнозируемых условий снеготаяния.
Результаты исследований использовались в лаборатории функциональной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН, а также при составлении ежегодных отчетов ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии по программе РАСХН по теме 03.02.02.1 «Разработать технологии и мероприятия по снижению техногенной нагрузки на водные объекты АПК» и в отчетах по Го-
PDF created with pdfFactory Pro trial version
сударственному контракту от 07 ноября 2005 г. № 02.434.11.7026 «Исследование эрозионных процессов и разработка концепции рационального использования эрозионно-опасных земель «Эрозия».
Личный вклад соискателя заключается в разработке научной гипотезы, постановке программы исследований, теоретическом и методическом обосновании научно-исследовательских работ, проведении численных экспериментов, обобщении результатов исследований; разработке методик, на основании которых осуществляется выбор эффективных агромелиоративных мероприятий, проведении агроэкологической компоновки земель для малого балочного водосбора.
Апробация работы. Материалы исследований рассматривались на секциях Ученого Совета ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии в 2002-2006 годах, результаты исследований и основные положения были доложены на: Межрегиональной конференции МКИД «Производство продовольствия и вода: социально-экономические проблемы ирригации и дренажа» (г. Москва, 8-10 сентября 2004 г.), Международной конференции: «Наукоемкие технологии в мелиорации» (Москва, ВНИИГиМ, 30 марта 2005 г.), Международной научной конференции молодых ученых «Молодые ученые - аграрной науке» (Москва, МСХА им. К.А. Тимирязева, 1-2 июня 2005 г.), заседании отдела Гидрологии Института водного хозяйства и управления бассейнами рек (Университет Карлсруэ, ФРГ, июль 2005 г.). Работа рассматривалась и обсуждалась на Научном семинаре Лаборатории функциональной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН (Пущино, 5 июля 2007г.).
Публикации
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 1 - в журнале, рекомендованном ВАК России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений, изложена на 150 страницах основного текста, включая 37 рисунков и 17 таблиц. Список использованной литературы содержит 205 наименований, в том числе 43 работы зарубежных авторов.
