Методы классификации и оценки участков ручьев: лабораторные и полевые исследования

A. Базовый метод 1: Классификация охвата потока. Для проведения классификации охвата потока (зоны влияния русла) в лабораторных условиях необходимо выбрать водораздел и подготовить его топографические карты, аэрофотоснимки и прочие релевантные материалы. В пределах выбранного водораздела следует идентифицировать один или несколько ручьев для последующего анализа. Используя топографическую карту, строят продольный профиль русла, начиная от устья и продвигаясь к верховьям. Расстояние вдоль синей линии, обозначающей ручей, измеряют с помощью курвиметра (картографического круга) или планиметра; при отсутствии данных приборов допустимо применение линейки с точной градуировкой, однако необходимо постоянно сверять измерения с масштабом карты. Каждый раз при пересечении русла горизонталью фиксируют высоту и расстояние от устья, после чего строят продольный профиль с указанием источника потока, расположенного ближе к вертикальной оси (рис. 2.5). При наличии геоинформационной системы (ГИС) следует использовать соответствующие запросы для определения длины русла и построения продольного профиля.

Визуально на профиле течения определяют точки перегиба, которые часто сигнализируют о важных переходах через русло (рис. 2.5). Для каждого участка вычисляют средний уклон русла по формуле:
S = (Eu – Ed) / L,
где S — средний уклон, Eu — высота над уровнем моря в верхней точке, Ed — высота в нижней точке, L — длина пути (числитель и знаменатель должны быть выражены в согласованных единицах расстояния). Изучение формы горизонталей, пересекающих русло ручья, позволяет приблизительно оценить степень ограниченности долины на каждом участке. Хотя ширина русла на большинстве топографических карт не указана, общая форма и ширина дна долины дают представление об ограниченности (рис. 2.6). С помощью стереоскопического картографа, увеличительной линзы или секционного микроскопа анализируют фотоснимки участков ручья, обозначенных на карте.

Если видно открытое (не заросшее растениями) русло, оценивают его ширину и сопоставляют с предполагаемой шириной плоского дна долины, руководствуясь следующими критериями:
- Ширина дна долины менее 2 ширин русла → сильно ограниченная;
- Ширина дна долины от 2 до 4 ширин русла → умеренно ограниченная;
- Ширина дна долины более 4 ширин русла → неограниченная.

Рис. 2.6. Внешний вид сильно ограниченных, умеренно ограниченных и неограниченных каналов на топографических картах (курсивом).

Далее сравнивают средние уклоны и ширину дна долины в каждом сегменте продольного профиля с имеющимися геологическими, почвенными, растительными и/или климатологическими картами водораздела. Изменения границ, отображаемые на этих картах, помогают точнее определить границы зоны охвата и сформулировать гипотезы об условиях охвата, которые можно верифицировать при полевом посещении. На основе всех доступных данных для каждого сегмента определяют наиболее вероятный тип долины и тип охвата (или диапазон типов) согласно характеристикам, приведенным в таблице 2.2, после чего выбирают один или несколько участков для детального обследования.

Полевые протоколы. Некоторые аспекты полевых исследований могут быть интегрированы с другими методами, описанными в данном издании; один район можно обследовать в ходе одной выездной поездки, а другой — в последующую. По прибытии на место осматривают русло ручья, дно прилегающей долины и склоны холмов для подтверждения точности предварительной классификации сегментов долины и границ зон охвата. При возможности (например, с панорамной точки обзора) находят ориентиры, обозначающие границы участка и хорошо видимые непосредственно с русла. Если расстояние превышает 500 м и не позволяет выполнить упражнение за 2–4 часа, выбирают репрезентативный участок для обследования русла. Расположение таких секций может определяться удобством доступа, но при этом секция должна характеризовать зону охвата в целом и быть достаточно протяженной (30–50 ширин русла), чтобы с высокой вероятностью включать все типы русел, присутствующие в зоне. Для идентификации форм русловых элементов используют описания из таблиц 2.3 и 2.4; при наличии справочных фотографий различных типов русловых элементов обращаются к ним по мере необходимости.

Если для измерения расстояний применяются оптические или лазерные дальномеры (рекомендуется для всех водотоков, кроме самых малых), их калибруют в начале каждой экскурсии: измеряют расстояние между двумя точками с помощью рулетки и корректируют показания дальномера. Оптические дальномеры особенно чувствительны к ударам и требуют частой перекалибровки. При визуальной оценке площади поверхности перед началом съемки калибруют «глаз» наблюдателя, размещая на земле несколько пластиковых прямоугольников или кругов известной площади (например, из старого брезента); размеры этих шаблонов должны примерно соответствовать размерам типичных русловых элементов на данном участке.

Расчеты. При измерении русловых элементов среднюю ширину и глубину вычисляют по стандартным формулам (см. рисунок). Площадь и объем каждого руслового элемента рассчитывают, как показано на рисунке, обязательно используя общепринятые единицы измерения. Затем определяют процентную долю каждого типа руслового элемента в зоне охвата в разбивке по площади или объему (см. рисунок).

B. Базовый метод 2: Визуальная оценка участков русла. Большинство исследований участков русла проводят в направлении вверх по течению, хотя это не является строгим требованием. Однако распознавание границ участков облегчается при взгляде вверх по течению, так как резкие градиентные переходы заметнее именно в этом направлении. Начинают с четко обозначенной начальной точки, используя GPS (при наличии) для фиксации геопространственных координат; начальные точки обычно располагаются на границах зон охвата, но могут также представлять собой искусственное сооружение (мост) или иной постоянный ландшафтный объект. При использовании полупостоянных маркеров (колышка или флага, привязанного к дереву) необходимо точно документировать их местоположение.

Работа организуется в командах из двух и более человек. Двигаясь вдоль потока от начальной точки, команда идентифицирует и регистрирует каждый русловой элемент по мере его появления (таблица 2.5). Элементы, расположенные бок о бок относительно тальвега (например, плес в основном русле и смежная заводь), должны быть отмечены как сопряженные. Расстояние от начальной точки до начала каждого руслового элемента фиксируют с помощью мерной ленты (или набедренного измерителя цепи), дальномера или GPS. При отсутствии GPS расстояния, вероятно, придется измерять от промежуточных реперов вдоль русла, поскольку изгибы или прибрежная растительность могут заслонять обзор начальной точки; для небольших водотоков полезно устанавливать промежуточные реперы через короткие интервалы (например, 50 м).

Для каждого руслового блока визуально оценивают площадь смоченной поверхности и вносят данные в форму (таблица 2.5). Периодически (например, каждые 10 блоков) применяют методы, описанные в Расширенном методе 1, для измерения длины и ширины руслового блока после визуальной оценки его площади. Эти измерения записывают в форму данных, так как они впоследствии используются для выявления систематических отклонений в визуальных оценках площади и позволяют рассчитать поправочный коэффициент.

C. Расширенный метод 1: Детальные измерения русловых элементов. Выполняют шаги 1–3 из Базового метода 2. Для каждого руслового элемента измеряют его наибольшую длину в любом направлении и записывают это значение в форму данных (таблица 2.5). Ширину измеряют под прямым углом к линии, определяющей наибольшую длину. Измерения ширины смоченной поверхности проводят через равные интервалы по длине руслового элемента; хотя в таблице 2.5 предусмотрено пять измерений ширины, их количество может варьироваться по усмотрению исследователей. Простые с геоморфологической точки зрения объекты требуют меньше измерений ширины, чем объекты со сложными границами, однако общее правило — чем больше, тем лучше.

Если необходимо оценить объем каждого руслового элемента в дополнение к площади, на каждом поперечном профиле записывают глубину потока через равные интервалы. Для водотоков с широким течением глубину обычно измеряют телескопической нивелирной рейкой из стекловолокна, болотным посохом или измерительной палкой (для очень малых водотоков); для крупных водотоков подходит электронный эхолот, управляемый с лодки. Минимально допустимое количество измерений глубины — на расстоянии одной трети и двух третей ширины от одного берега до другого на каждом поперечном профиле, что дает два измерения глубины на каждое измерение ширины (таблица 2.5). Сложные русловые элементы требуют большего числа измерений глубины для точной оценки объема по сравнению с геоморфологически простыми элементами.

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.