Лекції 5-6. Фактори водної ерозії

Клімат впливає на інтенсивність ерозії безпосередньо (прямо) і побічно. Безпосередній вплив клімату характеризується значенням таких показників: шар опадів, режим і інтенсивність дощу, енергія крапель, шар снігу й інтенсивність його танення, глибина промерзання ґрунту. Побічно клімат впливає через зміну ерозійної стійкості ґрунту. Наприклад, багаторазовий перехід температури повітря взимку через 0⁰С призводить до розпилення структурних агрегатів, що значно підвищує ерозійну і дефляційну небезпеку. На процес деагрегації істотно впливає коливання вологості ґрунту: висихання-намокання. Відомо, що рівень вологозабезпеченості  певною мірою визначає інтенсивність ерозії ґрунту. А.Аллісон і Д.Палмер (1984) вважають, що в природних умовах найбільше  мілкозему виноситься там, де за рік випадає 25-35 см атмосферних опадів. Такої кількості води достатньо для того, щоб виник значний поверхневий стік, і занадто мало, щоб сформувати задовільний захист рослинного покриву. Для умов України кількість  річних опадів становить 400-500 мм. Найбільша інтенсивність ерозії спостерігається  у перехідній зоні між Степом і Лісостепом.

За даними Г.А.Ларіоновим (1991) питома витрата і об`єм поверхневого стоку - одного із основних агентів водної ерозії - при інших рівних умовах визначаються інтенсивністю і шаром опадів. Максимальна витрата поверхневого стоку забезпечується при максимальній інтенсивності опадів за відрізок часу, який дорівнює часу схилового добігання. Останній залежить від довжини схилу і гідравлічної шорсткості поверхні ґрунту. Відповідно до “Инструкций по определению расчетных гидрологических характеристик при проетировании противоэрозионных мероприятий на Европейской части СССР” (1979) середній час добігання для орних схилів степової зони дорівнює 30 хв.

Традиційно ерозіознавці приділяли й приділяють значну увагу показникам, які кількісно оцінюють ерозійну здатність опадів. Одним із найбільш відомих показників є так званий фактор R з універсального рівняння ерозії США - ерозійний індекс опадів. Він дорівнює добутку загальної кінетичної енергії і максимальної інтенсивності дощу за 30 хв. і визначає сумарний ефект удару крапель дощу та турбулентності потоку при транспортуванні ґрунтових частинок. Проте емпірична суть показника Rне дає можливості для його використання в теоретичних моделях ерозії, які обґрунтовані фізично. Використання емпіричної моделі для опису будь-якого деградаційного процесу, і особливо такого загрозливого і динамічного як ерозія, нині повинно розглядатися як вимушений захід через недостатню вивченість його природи й закономірностей, оскільки дослідника чекає небезпека нескінченного її удосконалення. Тут можна навести  як приклад одне порівняння. Уявимо собі, що не було Ньютона і не існує фізичних законів, що він відкрив. Як би вирішувалася задача щодо визначення часу падіння фізичного тіла, яке має велику вітрилість? Скільки б було необхідно знати емпіричних коефіцієнтів - поправок на вітер, температуру, атмосферний тиск і інше, які можна визначити тільки шляхом проведенняактивних експериментів із конкретним об`єктом? А якщо взяти інший об`єкт (тіло) дослідження? Це нескінчений, а головне малопродуктивний процес. Геній Ньютона позбавив нас від цих труднощів.

В теоретичних моделях ерозії найбільш перспективним є використання прямих фізично обумовлених показників (шар, інтенсивність, енергія тощо), злив рідкої повторюваності. Докладніше  цей тезис буде розкрито у наступних главах. Шар повеневих вод при сніготаненні визначається багатьма показниками, що мають яскраво виражений стохастичний характер: потужність снігу, інтенсивність його танення, глибина промерзання і вологість ґрунту, агрофон тощо. Тому зробити задовільний прогноз шару талого стоку дуже складно, а може й не потрібно. Щоб оцінити ерозійну небезпеку при сніготаненні необхідно знати тільки показники шару талого стоку й інтенсивність сніготанення рідкої повторюваності. Для цього нами розроблені відповідні карти, за якими ці показники легко визначаються.

Ерозія ґрунту під час дощу зумовлюється підсумковим впливом потоку води і дощових крапель, що падають. Краплі дощу руйнують ґрунтові агрегати, різко підвищують турбулентність потоку, що підвищує його розмиваючу і транспортуючу здатність. Крім того, вони навантажують потік ґрунтовими частками, які відриваються при сплесках. Дощові краплі мають велику кінетичну енергію, але більша її частина (близько 2/3) витрачається на ущільнення ґрунту. Удари крапель піднімають у повітря десятки тон ґрунту на одному гектарі, частина якого виноситься потоками води. На схилі при розбризкуванні ґрунту результуюча втрат ґрунту спрямована донизу, що визначається більш довгим стрибком ґрунтової частки донизу, ніж уверх по схилу.

Для практичних цілей можна використовувати такі дані:

Постійна швидкість падіння великої краплі досягається при її падінні з висоти біля 20 м, дрібної – з меншої.

На кінетичну енергію крапель дощу істотно впливає вітер. Вітер може прискорювати падіння крапель у 5 і більше разів. Розмір краплі знаходиться у певній залежності від інтенсивності дощу. В таблиці 6.1. наведені характерні інтенсивності дощів, розміри крапель і швидкості їх падіння.

Таблиця 6.1

Розмір і швидкість дощових крапель залежно від інтенсивності дощу (Мірцхулава, 1970)