Основные закономерности соотношения русловой и бассейновой составляющих эрозии и стока взвешенных наносов в речных бассейнах США

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Взвешенные наносы водотоков, являющиеся одной из объективных и достаточно точных мер интенсивности эрозии в их бассейнах, в первом приближении можно разделить на русловую (rрус, продукты вертикальных и горизонтальных русловых деформаций) и бассейновую (rбас, продукты почвенной и овражной эрозии) составляющие. В работе предпринята попытка выделения данной структуры эрозии в речных бассейнах США на основе расчленения взвешенных наносов 224 рек (по материалам Геологической службы США о среднемесячных величинах стока воды и взвешенных наносов рек) по предложенному одним из авторов статьи методу, а также оценка ее факторной обусловленности.

Для всех проанализированных рек территории США средняя величина rрус составляет 7.9±1.1%: по равнинным рекам – 10.6±1.7%, по низкогорным – 5.7±1.5%, по среднегорным – 4.3±1.5%. На соотношение rрус/rбас в стоке взвешенных наносов большое влияние оказывают, помимо геоморфологического фактора, также ландшафтно-климатические условия речных бассейнов. Так, на равнинах США наибольшая средняя доля rрус отмечается в лесных ландшафтных зонах (тайга, смешанные и широколиственные леса умеренного пояса, субтропический лес) – от 10 до 15%. Напротив, в аридных ландшафтах (полупустыни) эта величина не превышает 1%. Внутри этих общих тенденций наблюдаются достаточно сильные вариации соотношений rрус/rбас в связи с изменениями площадей речных бассейнов, агрикультурной деятельности человека и литологического состава руслоформирующих наносов и пойм. Отмечается обратная гиперболическая зависимость между фактическим стоком взвешенных наносов рек и долей в нем наносов руслового происхождения, которая особенно эффектно проявляется на равнинах и в низкогорьях США. Также показано, что состав горных пород, слагающих поверхность речных бассейнов, не играет принципиально значимой роли в изменчивости соотношения rрус/rбас в данном масштабе исследования. Сопоставление оценок rрус/rбас и их факторной обусловленности по рекам США с реками Северной Евразии позволяет выявить очень хорошую сходимость полученных результатов по двум регионам планеты и предположить универсальный характер установленных закономерностей (суммарно по 684 речным бассейнам) для всего умеренного (частично субтропического и тропического) пояса Северного полушария Земли.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Гусаров

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: avgusarov@mail.ru
Россия, Казань

Л. Ф. Максютова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: avgusarov@mail.ru
Россия, Казань

Список литературы

  1. Копалиани З.Д. О соотношении расходов донных и взвешенных наносов в реках // Гидро-физические процессы в реках и водохранилищах. М.: Наука, 1985. С. 143–147.
  2. Чалов Р.С. Русловедение: теория, география, практика. Т. 1. Русловые процессы: факто-ры, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 608 с.
  3. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1984. 264 с.
  4. Meade R.H. Sources sinks, and storage of river sediment in Atlantic drainage of the United States // Journal of Geology. 1982. Vol. 90. No. 3. P. 235–252.
  5. Phillips J.D. Fluvial sediment budgets in the North Carolina Piedmont // Geomorphology. 1991. No. 4. P. 231–241.
  6. Williams D. Tillage as a conservation tool // Amer. Soc. Agr. Engineers. 1967. No. 70. P. 56–57.
  7. US Census of Agriculture. Washington: US Department of Agriculture. 1982. Vol. 1. 434 p.
  8. Natural Resources Conservation Service / Summary Report, 1997. National Resource Invento-ry. Washington. 2000.
  9. Renwick W.H., Smith S.V., Bartley J.D., and Buddemeier R.W. The role of impoundments in the sediment budget of the conterminous United States // Geomorphology. 2005. No. 71. P. 99–111.
  10. Львович М.И., Карасик Г.Я., Братцева Н.Л., Медведева Г.П., Мелешко А.В. Современная интенсивность внутриконтинентальной эрозии суши земного шара // Результаты исследо-ваний по междунар. геофизическим проектам. М.: Межвед. геофиз. комитет, 1991. 336 с.
  11. Ewing R. Postfire suspended sediment from Yellowstone National Park, Wyoming // Water Re-sources Bulletin. 1996. Vol. 32. Iss. 3. P. 605–627.
  12. Langlois J.L., Johnson D.W., and Mehuys G.R. Suspended sediment dynamics associated with snowmelt runoff in a small mountain stream of Lake Tahoe (Nevada) // Hydrological Processes. 2005. Vol. 19. Iss. 18. P. 3569–3580. doi: 10.1002/hyp.5844.
  13. Allmendinger N.E., Pizzuto J.E., Moglen G.E., and Lewicki M. A sediment budget for an urban-izing watershed, 1951–1996, Montgomery County, Maryland, U.S.A. // Journal of the Ameri-can Water Resources Association. 2007. Vol. 43. Iss. 6. P. 1483–1498. doi: 10.1111/j.1752-1688.2007.00122.x.
  14. Juracek K.E. and Ziegler A.C. Estimation of sediment sources using selected chemical tracers in the Perry Lake basin, Kansas, USA // International Journal of Sediment Research. 2009. Vol. 24. Iss. 1. March 2009. P. 108–125.
  15. Schenk E.R. and Hupp C.R. Legacy effects on colonial millponds on floodplain sedimentation, bank erosion, and channel morphology, Mid-Atlantic, USA // Journal of the American Water Resources Association. 2009. Vol. 45. Iss. 3. June 2009. P. 597–606.
  16. Ritchie J.C., Nearing M.A., and Rhoton F.E. Sediment budget and sources determinations using fallout Cesium-137 in a semiarid rangeland watershed, Arizona, USA // Journal of Environmen-tal Radioactivity. 2009. Vol. 100. Iss. 8. August 2009. P. 637–643.
  17. Devereux O.H., Prestegaard K.L., Needelman B.A., and Gellis A.C. Suspended sediment sources in an urban watershed, Northeast Branch Anacostia River, Maryland // Hydrological Processes. 2010. Vol. 24. Iss. 11. May 2010. P. 1391–1403.
  18. Mukundan R., Radcliffe D.E., and Ritchie J.C. Channel stability and sediment source assess-ment in streams draining a Piedmont watershed in Georgia, USA // Hydrological Processes. 2011. Vol. 25. Iss. 8. April 2011. P. 1243–1253.
  19. Schilling K.E., Isenhart T.M., Palmer J.A., Wolter C.F., and Spooner J. Impact of Land-Cover Change on Suspended Sediment Transport in Two Agricultural Watersheds // Journal of the American Water Resources Association. 2011. Vol. 47. Iss. 4. August 2011. P. 672–686.
  20. Tufekcioglu M., Isenhart T.M., Schultz R.C., Bear D.A., Kovar J.L., and Russell J.R. Sream bank erosion as a source of sediment and phosphorus in grazed pastures of the Rathbun Lake Watershed in southern Iowa, United States // Journal of Soil and Water Conservation. 2012. Vol. 67. Iss. 6. November 2012. P. 545–555.
  21. Mukundan R., Pradhanang S.M., Schneiderman E.M., Pierson D.C., Anandhi A., Zion M.S., Matonse A.H., Lounsbury D.G., and Steenhuis T.S. Suspended sediment source areas and fu-ture climate impact on soil erosion and sediment yield in a New York City water supply water-shed, USA // Geomorphology. 2013. Vol. 183. February 2013. P. 110–119.
  22. Gao P., Nearing M.A., and Commons M. Suspended sediment transport at the instantaneous and event time scales in semiarid watersheds of southeastern Arizona, USA // Water Resources Research. 2013. Vol. 49. Iss. 10. October 2013. P. 6857–6870.
  23. McKee L.J., Lewicki M., Schoellhamer D.H., and Ganju N.K. Comparison of sediment supply to San Francisco Bay from watersheds draining the Bay Area and the Central Valley of Califor-nia // Marine Geology. 2013. Vol. 345. November 2013. P. 47–62.
  24. Warrick J.A., Melack J.M., and Goodbridge B.M. Sediment yields from small, steep coastal wa-tersheds of California // Journal of Hydrology: Regional Studies. Vol. 4. September 2015. P. 516–534.
  25. Odgaard A.J. Bank erosion contribution to stream sediment load / IIHR Report (Iowa Institute of Hydraulic Research). 1984. Iss. 280. August 1984. 92 p.
  26. Fraley L.M., Miller A.J., and Welty C. Contribution of in-channel processes to sediment yield of an urbanizing watershed // Journal of the American Water Resources Association. Vol. 45. Iss. 3. June 2009. P. 748–766.
  27. Gellis A.C. and Noe G.B. Sediment source analysis in the Linganore Creek watershed, Mary-land, USA, using the sediment fingerprinting approach: 2008 to 2010 // Journal of Soils and Sediments. Vol. 13. Iss. 10, December 2013. P. 1735–1753.
  28. U.S. Geological Survey – https://www.usgs.gov
  29. Гусаров А.В. Определение минимальной продолжительности ряда наблюдений за стоком взвешенных наносов рек с целью корректной оценки пространственно-временной измен-чивости интенсивности эрозии в их бассейнах // Геоморфология. 2017. № 1. С. 19–29. doi: 10.15356/0435-4281-2017-1-19-29.
  30. Гусаров А.В. Оценка русловой и бассейновой составляющих эрозии и стока взвешенных наносов в речных бассейнах // Геоморфология. 2013. № 2. С. 23–39. doi: 10.15356/0435-4281-2013-2-23-38.
  31. Гусаров А.В. Основные закономерности соотношения русловой и бассейновой составля-ющих эрозии и стока взвешенных наносов в речных бассейнах Северной Евразии // Гео-морфология. 2015. № 4. С. 3–20. doi: 10.15356/0435-4281-2015-4-3-20.
  32. Русловой режим рек Северной Евразии (в пределах бывшего СССР) / Под ред. Р.С. Чалова. М.: Изд-во МГУ, 1994. 336 с.
  33. Gray L.S. History of Agriculture in the Southern United States to 1860. Glochester: Peter Smith. 1958. 1086 p.
  34. Nicks A.D., Lane L.J., Gander G.A., and Manetsch C. Regional analysis of precipitation and temperature trends using gridded climate station data // Advances of Hydro-Science & Engi-neering. The University of Mississippi. 1985. Vol. 1. Part 1. P. 497–502.
  35. Trimble S.W. Man-induced soil erosion on the Southern Piedmont, 1700–1970. Ankeny, Iowa, Soil Conservation Society of America. 1974. 180 p.
  36. Simon A. and Darby S.E. Disturbance, channel evolution and erosion rates: Hotophia Creek, Mississippi // Management of Landscapes Disturbed by Channel Incision. The Centre for Com-putational Hydroscience and Engineering. The University of Mississippi. 1997. P. 476–481.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта расположения анализируемых гидрологических станций (постов) сети Геологической службы США на реках страны (без шт. Аляска; с о-вом Пуэрто-Рико)

Скачать (519KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение бассейнов анализируемых рек США (N, ед.) по природным (ландшафтным) зонам на равнинах и высотным поясам в горах

Скачать (1015KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Русловая и бассейновая составляющие в стоке взвешенных наносов рек (ручьев) Дженерал Крик / Микс Бэй (General Creek / Meeks Bay, шт. Калифорния) и Ворд Крик / Тахо Пайнс (Ward Creek / Tahoe Pines, шт. Калифорния), США (здесь и далее используются  фотографии из свободного электронного доступа)

Скачать (3MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Русловая и бассейновая составляющие в стоке взвешенных наносов рек Грин Ривер/Грин Ривер (Green River/Green River, шт. Вайоминг) и Кутенай Ривер/Копланд (Kootenai River/Copeland, шт. Айдахо), США.

Скачать (3MB)
Метаданные
6.  Рис. 5. Русловая и бассейновая составляющие в стоке взвешенных наносов р. Миссури у г. Сиукс (Missouri River at Sioux City, шт. Айова), США.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение средней доли русловой составляющей в стоке взвешенных наносов (rрус (%), столбчатая диаграмма) и степенного показателя n уравнения (2) рек США по природным (ландшафтным) зонам на равнинах и высотным поясам в горах (см. рис. 2)

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Связь между модульными величинами общего стока взвешенных наносов (М(R), т/км2×год) и долей в нем наносов руслового происхождения (rрус, %) рек США

Скачать (2MB)
Метаданные
9. Рис. 8. Связь между коэффициентами внутригодовой вариации среднемесячных величин речного стока воды (Cv(Q), %), стока взвешенных наносов (Cv(R),%) и долей русловых взвешенных наносов (rрус, %) по высотным группам анализируемых речных бассейнов США

Скачать (2MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019