1Восточно-Сибирская государственная академия образования
2Иркутский государственный университет
УДК 551.465.72:556.3:631.474
Оценка показателей естественной дренированности почв Предбайкалья для целей мелиорации
1Сугаченко Анна Александровна, ассистент
1Гавриков Дмитрий Евгеньевич
кандидат биологических наук, доцент
2Лопатовская Ольга Геннадьевна
кандидат биологических наук, доцент
Иркутск, Российская Федерация
Введение
Предбайкалье представляет собой экономически развитый сельскохозяйственный регион с плодородными почвами. Однако для улучшения агрономических свойств почв и повышения качества сельскохозяйственных угодий необходим комплекс мелиоративных мероприятий. Одним из важных показателей возможностей и направлений развития мелиорации является естественная дренированность (ЕД), под которой понимается оценка интенсивности оттока и притока поверхностных и грунтовых вод мелиорируемых угодий [1].
Естественная дренированность является показателем, который при одинаковых природных условиях может определять различия при проведении мелиоративных мероприятий (орошение, осушение, тепловые и другие виды мелиорации). Показатель ЕД позволяет составить представление о мелиоративном состоянии территории, применяется для расчета притока и оттока грунтовых вод, а также для прогнозирования ситуаций, связанных с мелиоративным освоением территорий.
Исследованиям по дренированности посвящено незначительное количество работ. В первых публикациях [2, 3] предлагалось оценивать ЕД территории по интенсивности оттока грунтовых вод. Д. М. Кац, наряду с величиной подземного оттока грунтовых вод, при характеристике различных зон дренированности предлагает учитывать следующее: геоморфологические условия и литологический состав отложений; глубину залегания грунтовых вод; уклон зеркала грунтовых вод; скорость фильтрации и характер потоков; соотношение подземного оттока с испарением грунтовых вод; роль грунтовых вод в процессе почвообразования [4].
В. Г. Ткачук предлагает оценивать ЕД не путем непосредственного определения величины оттока подземных вод, а через косвенные показатели, в качестве которых могут быть использованы геоморфологические особенности территории - степень расчлененности рельефа, т. е. возможность дренирования грунтовых вод современной эрозионной сетью [5]. На примере Барабинской низменности А. Д. Панадиади оценивал ЕД через коэффициент канализованности как отношение длины естественных водотоков и искусственной осушительной сети к площади [6].
Для оценки естественной дренированности территории Кемеровской области и равнинных районов Западной Сибири И. Н. Углановым кроме густоты и глубины эрозионного расчленения были учтены величины основных уклонов местности, под которыми понимается средний уклон элементарных водотоков по отношению к тальвегу долин рек, являющихся местными базисами эрозии (дренирования) [7]. По формуле расчета ЕД, предложенной И. Н. Углановым, в настоящем исследовании были рассчитаны показатели ЕД для Приольхонья и Приангарья [8, 9].
Цель данной работы - оценка зависимости естественной дренированности почв Предбайкалья от орографического положения исследуемой территории. Для этого необходимо провести расчет ЕД на основе морфометрических показателей, оценить наличие и степень зависимости между исследуемыми показателями с применением методов биологической статистики.
Материалы и методы
Для расчета естественной дренированности Предбайкалья необходимо было выявить морфометрические показатели и сделать по ним расчет. Такой способ расчета ЕД авторы считают наиболее приемлемым к данной территории, так как он позволяет учитывать сложное орографическое строение, а также влияние уклонов местности [7].
Формула расчета сводится к следующему:
, ,
где - естественная дренированность; - основной уклон местности;
- суммарная длина всех элементарных водотоков бассейна реки, являющихся базисом эрозии (включая и ее длину);
- площадь бассейна этой реки;
- разница высоты его истока и устья;
- длина элементарного водотока.
При расчете ЕД были использованы справочные материалы по суммарной длине всех элементарных водотоков бассейна реки, являющихся базисом эрозии, длине элементарного водотока [10-12]. Измерение площади бассейна реки производилось посредством палетки. Высоты устья и истока водотоков были получены с использованием топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000.
Статистическая обработка полученных результатов (описательные статистики, критерий Шапиро-Уилка, дисперсионный анализ) проводилась в программе STATISTICA 10.0.
Результаты и обсуждение
Для территории Предбайкалья были подсчитаны показатели ЕД по основным орографическим единицам: Иркутско-Черемховская равнина, Канско-Тайшетская равнина, Ангарский кряж, Предбайкальская впадина, Лено-Ангарское плато, Прибайкалье и предгорья Восточного Саяна.
Оценку полученных результатов начнем с анализа описательных статистик (таблица 1).
Таблица 1 - Описательные статистики по каждой орографической единице
|
Орографическая единица |
Медиана |
Min |
Max |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
ЕД Лено-Ангарского плато |
90 |
2,59 |
2,25 |
0,40 |
7,90 |
1,645 |
|
|
ЕД Иркутско-Черемховской равнины |
64 |
0,95 |
0,75 |
0,10 |
3,00 |
0,740 |
|
|
ЕД предгорья Восточного Саяна |
26 |
6,19 |
3,25 |
0,60 |
24,90 |
6,239 |
|
|
ЕД Ангарского кряжа |
36 |
6 |
0,80 |
0,20 |
4,70 |
0,883 |
|
|
ЕД Предбайкальской впадины |
27 |
9 |
1,40 |
0,01 |
4,10 |
0,981 |
|
|
ЕД Прибайкалья |
5 |
4,24 |
2,30 |
0,30 |
13,10 |
5,222 |
|
|
ЕД Канско-Тайшетской равнины |
12 |
1,15 |
1,25 |
0,10 |
2,20 |
0,739 |
|
|
Примечание - - количество наблюдений; - среднее значение; медиана - значение медианы; Min - минимальное значение; Max - максимальное значение; - стандартное отклонение. |
Наименьшие значения описательных статистик ЕД (среднее значение, медиана, минимум и максимум) соответствуют равнинам. Для Лено-Ангарского плато, Предбайкальской впадины и Ангарского кряжа эти значения выше, наибольшие - в прегорьях Восточного Саяна.
Для выбора критерия статистического анализа была проведена оценка нормальности распределения выборок критерием Шапиро-Уилка (SW-W) с построением нормальных вероятностных графиков.
Примеры графиков для двух из семи выборок приведены ниже (рисунки 1-2).
Рисунок 1 - Нормальный вероятностный график показателей ЕД Иркутско-Черемховской равнины. Значение критерия Шапиро-Уилка (SW-W) = 0,87; принятый уровень значимости P = 0,00001
Рисунок 2 - Нормальный вероятностный график показателей ЕД предгорья Восточного Саяна. Значение критерия Шапиро-Уилка (SW-W) = 0,81; принятый уровень значимости P = 0,0002
На графиках (рисунки 1, 2) прослеживаются два различных интервала ожидаемого нормативного значения - в диапазонах от -2,0 до 0 и от 0 до 1,0. Это можно объяснить тем, что алгоритм построения графиков ожидаемых нормальных значений предполагает ранжирование значений вариант от меньшего к большему, при этом изначально в сравниваемых выборках отличается вариационный размах.
Кроме того, в выборках отсутствует нормальность распределения, что сказывается на тяжелых «хвостах графиков», и, как следствие, на отличиях диапазонов. дренированность орографический грунтовый
Во всех случаях, кроме выборки «Предбайкальская впадина», значения статистики SW-W недостоверны (P > 0,05).
Таким образом, для дальнейшего анализа рекомендуется использовать непараметрические критерии, не требующие допущения о нормальности распределения.
В данном исследовании использовался критерий Краскела-Уоллиса (Т) - непараметрическая альтернатива дисперсионного анализа.
В связи с небольшим количеством данных для Прибайкалья эта орографическая единица была исключена из дальнейшего анализа.
Результаты применения критерия Краскела-Уоллиса приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты применения критерия Краскела-Уоллиса
|
Орографическая единица |
N |
Сумма рангов |
Средний ранг |
|
|
Иркутско-Черемховская равнина (1) |
64 |
4981,00 |
77,83 |
|
|
Предгорья Восточного Саяна (2) |
26 |
5062,50 |
194,71 |
|
|
Лено-Ангарское плато (3) |
90 |
14840,00 |
164,89 |
|
|
Ангарский кряж (4) |
36 |
3054,50 |
84,85 |
|
|
Предбайкальская впадина (5) |
27 |
3539,00 |
131,07 |
|
|
Канско-Тайшетская равнина (6) |
12 |
1163,00 |
96,92 |
Полученное значение статистики Т=87,99 (Р < 0,05) позволяет говорить о наличии зависимости показателей естественной дренированности от орографии (рисунок 3).
Рисунок 3 - Диаграмма «ящики с усами» распределения значений показателя ЕД в исследуемых выборках
Как видно из диаграммы, в среднем наибольшие значения соответствуют предгорью Восточного Саяна, меньшие - Лено-Ангарскому плато и наименьшие значения - Анграскому кряжу и равнинам.
Критерий Краскела-Уоллиса для объединененных в одну группу по орографии Иркутско-Черемховской и Канско-Тайшетской равнин равен 87,32 (P < 0,05), что также доказывает связь между показателями естественной дренированности и орографии (таблица 3).
Таблица 3 - Результаты применения критерия Краскела-Уоллиса
|
Орографическая единица |
N |
Сумма рангов |
Средний ранг |
|
|
Предгорья Восточного Саяна |
26 |
5062,50 |
194,71 |
|
|
Лено-Ангарское плато |
90 |
14840,00 |
164,89 |
|
|
Ангарский кряж |
36 |
3054,50 |
84,85 |
|
|
Предбайкальская впадина |
27 |
3539,00 |
131,07 |
|
|
Иркутско-Черемховская и Канско-Тайшетская равнины |
76 |
6144,00 |
80,84 |
Выводы
Оценка ЕД необходима для расчета притока и оттока грунтовых вод, а также прогнозирования и предупреждения возможного достижения грунтовыми водами критического положения на действующих и проектируемых мелиоративных системах.
Наименьшие значения описательных статистик ЕД соответствуют Иркутско-Черемховской и Канско-Тайшетской равнинам, для Лено-Ангарского плато, Предбайкальской впадины и Ангарского кряжа значения выше, и наибольшие значения у предгорья Восточного Саяна.
Применение критерия Шапиро-Уилка показывает, что почти все показатели ЕД различных орографических единиц противоречат нормальному распределению, кроме значений для Предбайкальской впадины.
С помощью применения критерия Краскела-Уоллиса, который является непараметрическим аналогом однофакторного дисперсионного анализа, установлено наличие зависимости показателей естественной дренированности почв Предбайкалья от орографического положения.
Список использованных источников
1. Угланов, И. Н. Региональные водоупоры и дренированность территорий юго-востока Западной Сибири / И. Н. Угланов // Географические проблемы при сельскохозяйственном освоении Сибири. - Новосибирск: Наука, 1977. - С. 11-18.
2. Саваренский, Ф. П. О принципах гидрогеологического районирования / Ф. П. Саваренский // Советская геология. - 1947. - № 19. - С. 19-23.
3. Приклонский, В. А. Некоторые закономерности формирования грунтовых вод в засушливых областях / В. А. Приклонский // Труды ЛГП АН СССР. - 1948. - Т. 1. - С. 97-111.
4. Кац, Д. М. Методические указания по гидрогеологическому районированию переувлажненных земель гумидной зоны для целей сельскохозяйственных мелиорации / Д. М. Кац, Б. С. Маслов. - М.: ВСЕГИБГЕО, 1967. - С. 12-25.
5. Ткачук, В. Г. Мелкомасштабное мелиоративно-гидрогеологическое районирование (на примере Причерноморской впадины) / В. Г. Ткачук, В. Л. Цапенко // Мелиоративное гидрогеологическое картирование и районирование на примере крупных орошаемых массивов юга УССР - Киев: Урожай, 1967. - С. 38-45.
6. Панадиади, А. Д. Барабинская низменность / А. Д. Панадиади. - М.: Изд-во Географической литературы, 1953. - 232 с.
7. Угланов, И. Н. Мелиорируемая толща почв и пород юга Западной Сибири / И. Н. Угланов. - Новосибирск: Наука, 1981. - 192 с.
8. Естественная дренированность Приольхонья / А. А. Сугаченко, О. Г. Лопатовская, Г. В. Кондратьева, О. Г. Николаева // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. - Иркутск, 2007. - С. 185-186.
9. Лопатовская, О. Г. Оценка естественной дренированности территории Приангарья для целей мелиорации / О. Г. Лопатовская, А. А. Сугаченко // Мелиорация и водное хозяйство. - № 4. - 2008. - С. 43-45.