Иерархическая классификация речных сегментов, притоков и русел: геоморфологические и экологические подходы

Сегменты долины, притоки и русловые участки представляют собой три иерархически вложенных подразделения дренажной сети (Frissell et al., 1986). Эти пространственные компоненты распределяются по размерам между ландшафтами и водоразделами (см. главу 1) и отдельными точками измерения вдоль сети водотоков (таблица 2.1; также главы 3 и 4).

Вместе эти три подразделения составляют основную среду обитания крупных подвижных водных организмов, таких как рыбы. В иерархии пространственных масштабов (рис. 2.1) сегменты долин, притоков и русловые единицы являются крупнейшими физическими подразделениями, которые могут быть непосредственно изменены в результате деятельности человека. Понимание их реакции на антропогенные воздействия требует надёжных систем классификации и процедур количественной оценки, обеспечивающих точное воспроизводимое описание и передающих информацию о биофизических процессах, которые создают, поддерживают и разрушают структуру каналов.

Рис. 2.1. Иерархическое разделение водоразделов на сегменты долин и притоков. По Монтгомери и Баффингтону (1997).

Пространственное расположение различных участков долины, протяжённостей ручьёв и типов русловых единиц в пределах водораздела оказывает мощное влияние на распределение и обилие водных растений и животных. Это влияние проявляется в регулировании характеристик водного потока, способности отложений накапливаться и трансформации органических веществ в водотоках (Hynes, 1970; Pennak, 1979; Vannote et al., 1980; O’Neill et al., 1986; Statzner et al., 1988). Самые ранние биологически обоснованные системы классификации были разработаны для европейских водотоков на основе зон, определяемых перемещением доминирующих водных видов (например, рыб) от истоков к устью (Huet, 1959; Illies, 1961; Hawkes, 1975). Последующие характеристики биологически обоснованных зон включали влияние физических процессов и типов возмущений на изменения в фаунистических сообществах (Zalewski и Naiman, 1985; Statzner и Higler, 1986).

Гидрологи и речные геоморфологи, задачи классификации которых часто отличаются от задач водных биологов, основывают свои классификации речных русел на топографических особенностях ландшафта, характеристиках субстрата и схемах течения воды и переноса наносов (Leopold et al., 1964; Schumm, 1977; Richards, 1982; Rosgen, 1994; Montgomery и Buffington, 1997; Montgomery и Bolton, 2003). Другие подходы сочетают гидравлические или геоморфологические свойства с чёткой оценкой пригодности каналов для конкретных типов водных организмов (Pennak, 1971; Bovee и Cochnauer, 1977; Binns и Eiserman, 1979; Bisson et al., 1982; Beshta и Platts, 1986; Sullivan et al., 1987; Hawkins et al., 1993; Stanford et al., 2005). Эти разнообразные методологии отражают междисциплинарный характер классификации водотоков, при которой для эффективной оценки среды обитания необходимо учитывать как физические, так и биологические аспекты.

Речные экологи классифицируют и измеряют сегменты долины, участки течения и русловые единицы по нескольким веским причинам. Первая причина — описание временны́х физических изменений в руслах рек, будь то в результате антропогенного воздействия или природных катаклизмов (Gordon et al., 1992; Buffington et al., 2003). Вторая цель — сгруппировать участки отбора проб в сходные физические единицы для целей сравнения, что особенно ценно при проведении исследований водотоков в разных дренажных системах. Классификация типов протяжённости и русловых единиц позволяет исследователям экстраполировать полученные данные на другие области, имеющие аналогичные особенности (Hankin и Reeves, 1988; Dolloff et al., 1993). Третьей целью может быть определение пригодности потока для преднамеренных изменений русла, таких как проекты по восстановлению среды обитания в реках, экологическое состояние которых ухудшилось.

В настоящее время во многих местах ведётся работа по восстановлению местообитаний, однако некоторые восстановительные процедуры могут оказаться неподходящими для определённых типов водотоков (Национальный исследовательский совет, 1992; Pess et al., 2003). Успешная реабилитация требует, чтобы подходы соответствовали естественным гидравлическим и геоморфологическим условиям различных типов территорий (Gordon et al., 1992; Buffington et al., 2003), избегая при этом вмешательства в природные процессы и циклы восстановления (Rice, 1994; Reeves et al., 1995). Наконец, точное описание участков течения и русла часто служит важным первым шагом в определении требований к микрообитанию водных организмов на протяжении всей их жизненной истории. Такие описания также помогают в изучении экологических процессов, влияющих на распределение и численность видов (Hynes, 1970; Schlosser, 1987; Vince, 2002). Следовательно, классификация водотоков является основополагающим компонентом как фундаментальной, так и прикладной водной экологии.

Основанные на геоморфологических данных схемы классификации протяжённости водотоков и русловых единиц продолжают совершенствоваться по мере появления новых исследований. Экологам, изучающим водные объекты, следовало бы прислушаться к совету Бейлона (1982), который предупреждал, что номенклатура как таковая имеет меньшее значение, чем подробные описания значений, присвоенных терминам. Поэтому исследователи должны стремиться к максимальной точности при определении терминологии в рамках выбранной ими схемы классификации. Несмотря на то, что было предложено множество систем классификации протяжённости водотока и единиц русла, ни одна из них пока не получила всеобщего признания в научном сообществе.

В этой главе мы сосредоточимся на двух классификационных схемах, которые предоставляют экологам ручьёв практические инструменты для характеристики водной среды обитания в промежуточных ландшафтных масштабах. Первая — модель Монтгомери и Баффингтона (1997) для сегментов долин и водотоков, которая предлагает геоморфологический, ориентированный на процесс метод определения этих иерархических подразделений. Вторая — модель Хокинса и др. (1993) для единиц русла (или «среды обитания»), которая касается идентификации и измерения различных типов русловых единиц в пределах заданной протяжённости. Обе системы основаны на иерархиях топографических и речных характеристик, и в обеих используются измеримые, воспроизводимые и экологически значимые дескрипторы. Описанные здесь методы начинаются с лабораторного изучения карт и аэрофотоснимков для предварительной идентификации участков долины и истоков рек. Процесс завершается полевым обследованием русловых единиц в пределах одного или нескольких выбранных типов зоны протяжённости, что позволяет интегрировать методы дистанционного и прямого наблюдения для всесторонней оценки среды обитания.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Ф. Ричард Хауэр и Гэри А. Ламберти

Источник: Методы в экологии ручьев

Данные публикации будут полезны студентам экологических и географических специальностей, начинающим специалистам в области гидрологии, геоморфологии и управления водными ресурсами, а также всем, кто интересуется динамикой речных экосистем и вопросами охраны природных ландшафтов.