Пойма или пойма или низина [1] — это территория, прилегающая к реке . Поймы простираются от берегов речного русла до основания окружающей долины и подвергаются наводнениям в периоды высокого стока . [2] Почвы обычно состоят из глины, ила , песка и гравия, отложенных во время наводнений. [3]
Из-за регулярных наводнений поймы часто имеют высокую плодородность почвы , поскольку питательные вещества откладываются с паводковыми водами. Это может стимулировать сельское хозяйство ; [4] некоторые важные сельскохозяйственные регионы, такие как бассейны рек Нил и Миссисипи , интенсивно эксплуатируют поймы. Сельскохозяйственные и городские регионы развивались вблизи или на поймах, чтобы использовать преимущества богатой почвы и пресной воды. Однако риск затопления привел к увеличению усилий по контролю за наводнениями .
Большинство пойм образовано отложениями на внутренней стороне речных излучин и потоками, выходящими за берега. [5]
Везде, где река извивается, текущая вода размывает берег реки снаружи излучины. В то же время, отложения одновременно откладываются в баре внутри излучины. Это описывается как боковое нарастание , поскольку отложения формируют точечную отмель сбоку в русле реки. Эрозия снаружи излучины обычно тесно уравновешивает отложения внутри, так что русло смещается в направлении излучины, не меняя существенно ширину. Точечная отмель формируется до уровня, очень близкого к уровню берегов реки. Значительная чистая эрозия отложений происходит только тогда, когда излучина врезается в возвышенные места. Общий эффект заключается в том, что по мере того, как река извивается, она создает ровную пойму, состоящую в основном из отложений точечной отмели. Скорость, с которой смещается русло, сильно варьируется, при этом сообщаемые скорости варьируются от слишком медленных для измерения до целых 2400 футов (730 м) в год для реки Коси в Индии. [6]
Перелив воды через берег происходит, когда река затоплена большим количеством воды, чем может вместить русло реки. Поток через берега реки откладывает тонкий слой осадков, который является самым грубым и толстым вблизи русла. Это описывается как вертикальное нарастание , поскольку отложения накапливаются вверх. В нетронутых речных системах перелив воды через берег происходит часто, как правило, каждые один-два года, независимо от климата или топографии. [7] Скорости седиментации для трехдневного паводка рек Маас и Рейн в 1993 году обнаружили, что средние скорости седиментации в пойме составляют от 0,57 до 1,0 кг/м 2 . Более высокие скорости были обнаружены на дамбах (4 кг/м 2 или более) и на низменных участках (1,6 кг/м 2 ). [8]
Осадконакопление из потока, выходящего из берега, сосредоточено на естественных дамбах, расщелинах , а также в заболоченных местах и мелких озерах паводковых бассейнов. Естественные дамбы — это хребты вдоль берегов рек, которые образуются в результате быстрого осаждения из потока, выходящего из берега. Большая часть взвешенного песка осаждается на дамбах, оставляя ил и глинистые отложения, которые будут откладываться в виде пойменного ила дальше от реки. Дамбы, как правило, достаточно возведены, чтобы быть относительно хорошо дренированными по сравнению с близлежащими водно-болотными угодьями, и дамбы в не засушливом климате часто сильно заросли. [9]
Трещины образуются в результате прорыва основного русла реки. Берег реки обрушивается, и паводковые воды размывают русло. Осадки из трещины распространяются в виде дельтовидных отложений с многочисленными ответвлениями. Образование трещин наиболее распространено на участках рек, где русло реки накапливает осадки ( агградация ). [10]
Повторное наводнение в конечном итоге создает аллювиальный хребет, чьи естественные дамбы и заброшенные извилистые петли могут значительно возвышаться над большей частью поймы. [11] Аллювиальный хребет увенчан поясом русла, образованным последовательными поколениями миграции русла и срезания извилины. В гораздо более длительные промежутки времени река может покинуть пояс русла и построить новый в другом месте поймы. Этот процесс называется отрывом и происходит с интервалом в 10–1000 лет. Исторические отрывы, приведшие к катастрофическим наводнениям, включают наводнение на реке Хуанхэ 1855 года и наводнение на реке Коси 2008 года . [12]
Поймы могут образовываться вокруг рек любого типа и размера. Даже относительно прямые участки реки способны образовывать поймы. Среднерусловые отмели в разветвленных реках мигрируют вниз по течению посредством процессов, напоминающих процессы в точечных отмелях извилистых рек, и могут образовывать пойму. [13]
Количество осадков в пойме значительно превышает речной груз осадков. Таким образом, поймы являются важным местом хранения осадков во время их транспортировки от места их образования до конечной среды осадконакопления. [14]
Когда скорость, с которой река опускается вниз, становится достаточно большой, и потоки, выходящие за берег, становятся редкими, говорят, что река покинула свою пойму. Части заброшенной поймы могут быть сохранены как речные террасы . [15]
Поймы поддерживают разнообразные и продуктивные экосистемы . [16] [17] Они характеризуются значительной изменчивостью в пространстве и времени, что, в свою очередь, создает некоторые из самых богатых видами экосистем. [18] С экологической точки зрения наиболее отличительной чертой пойм является пульсация паводка, связанная с ежегодными наводнениями, поэтому экосистема поймы определяется как часть речной долины, которая регулярно затапливается и высыхает. [19]
Наводнения приносят богатый питательными веществами обломочный материал и высвобождают питательные вещества из сухой почвы по мере ее затопления. Разложение наземных растений, затопленных паводковыми водами, увеличивает запас питательных веществ. Затопленная литоральная зона реки (зона, ближайшая к берегу реки) обеспечивает идеальную среду для многих водных видов, поэтому нерестовый сезон рыб часто совпадает с началом наводнения. Рыба должна быстро расти во время наводнения, чтобы пережить последующее падение уровня воды. По мере того, как паводковые воды отступают, литоральная зона переживает цветение микроорганизмов, в то время как берега реки высыхают, и наземные растения прорастают, чтобы стабилизировать берег. [19]
Биота пойм имеет высокие годовые темпы роста и смертности, что выгодно для быстрой колонизации больших площадей поймы. Это позволяет им использовать преимущества изменяющейся геометрии поймы. [19] Например, пойменные [20] деревья быстро растут и устойчивы к нарушению корней. Оппортунистов (например, птиц) привлекает богатый запас пищи, обеспечиваемый импульсом паводка. [16]
Пойменные экосистемы имеют четкие биозоны. В Европе, по мере удаления от реки, последовательные растительные сообщества представляют собой прибрежную растительность (обычно однолетники); осоку и тростник; ивовые кустарники; ивово-тополевой лес; дубово-ясеневый лес; и широколиственный лес. Человеческое вмешательство создает влажные луга , которые заменяют большую часть исходной экосистемы. [21] Биозоны отражают градиент влажности почвы и кислорода, который, в свою очередь, соответствует градиенту частоты наводнений. [22] Первобытные пойменные леса Европы доминировали дуб (60%), вяз (20%) и граб (13%), но человеческое вмешательство сместило состав в сторону ясеня (49%), при этом клен увеличился до 14%, а дуб уменьшился до 25%. [17]
Полузасушливые поймы имеют гораздо меньшее видовое разнообразие. Виды адаптированы к чередованию засухи и наводнения. Экстремальное высыхание может разрушить способность экосистемы поймы переходить в здоровую влажную фазу при затоплении. [23]
Пойменные леса составляли 1% ландшафта Европы в 1800-х годах. Большая часть этого была расчищена деятельностью человека, хотя пойменные леса пострадали меньше, чем другие виды лесов. Это делает их важными убежищами для биоразнообразия. [17] [16] Разрушение пойменных экосистем человеком в значительной степени является результатом борьбы с наводнениями, [19] развития гидроэлектростанций (например, водохранилищ) и преобразования пойменных экосистем в сельскохозяйственные цели. [17] Транспортировка и утилизация отходов также оказывают пагубное воздействие. [19] Результатом является фрагментация этих экосистем, что приводит к потере популяций и разнообразия [17] и ставит под угрозу оставшиеся фрагменты экосистемы. [18] Борьба с наводнениями создает более резкую границу между водой и землей, чем в нетронутых поймах, что снижает физическое разнообразие. [19] Пойменные леса защищают водные пути от эрозии и загрязнения и уменьшают воздействие паводковых вод. [17]
Нарушение человеком экосистем умеренных пойм сводит на нет попытки понять их естественное поведение. Тропические реки в меньшей степени подвержены влиянию человека и служат моделями для экосистем умеренных пойм, которые, как считается, разделяют многие из их экологических характеристик. [19]
За исключением голода и эпидемий , некоторые из самых страшных стихийных бедствий в истории [24] (измеренных по числу жертв) были речными наводнениями, особенно на реке Хуанхэ в Китае – см. список самых смертоносных наводнений . Самым страшным из них и самым страшным стихийным бедствием (за исключением голода и эпидемий) было наводнение в Китае 1931 года , в результате которого, по оценкам, погибли миллионы людей. Этому предшествовало наводнение на реке Хуанхэ 1887 года , в результате которого погибло около миллиона человек и которое является вторым по величине стихийным бедствием в истории.
Степень затопления поймы частично зависит от величины паводка, определяемой периодом повторяемости .
В Соединенных Штатах Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) управляет Национальной программой страхования от наводнений (NFIP). NFIP предлагает страхование объектов недвижимости, расположенных в зоне, подверженной наводнениям, как определено Картой ставок страхования от наводнений (FIRM), которая отображает различные риски наводнений для сообщества. FIRM обычно фокусируется на определении 100-летней зоны затопления наводнением, также известной в NFIP как Зона особой опасности наводнений.
Если было проведено детальное исследование водного пути, 100-летняя пойма также будет включать пойменный путь, критическую часть поймы, которая включает русло реки и любые прилегающие районы, которые должны быть свободны от вторжений, которые могут блокировать потоки паводка или ограничивать хранение паводковых вод. Другой часто встречающийся термин - Зона особой опасности наводнения, которая представляет собой любую область, подверженную затоплению 100-летним наводнением. [25] Проблема заключается в том, что любое изменение водораздела выше по течению от рассматриваемой точки может потенциально повлиять на способность водораздела справляться с водой и, таким образом, потенциально повлиять на уровни периодических наводнений. Например, большой торговый центр и парковка могут повысить уровни 5-летних, 100-летних и других наводнений, но карты редко корректируются и часто устаревают из-за последующего развития.
Для того чтобы подверженное наводнениям имущество соответствовало требованиям государственной страховки, местное сообщество должно принять постановление, которое защищает русло затопления и требует, чтобы новые жилые строения, построенные в зонах особой опасности наводнений, были подняты как минимум до уровня 100-летнего наводнения. Коммерческие строения могут быть подняты или защищены от наводнений до этого уровня или выше. В некоторых районах без подробной информации об исследовании может потребоваться, чтобы строения были подняты как минимум на два фута над окружающим уровнем. [26] Многие государственные и местные органы власти, кроме того, приняли правила строительства в зоне затопления, которые являются более строгими, чем те, которые предписаны NFIP. Правительство США также спонсирует усилия по смягчению опасности наводнений для уменьшения последствий наводнений. Программа Калифорнии по смягчению опасности является одним из источников финансирования проектов по смягчению последствий. Ряд целых городов, таких как Инглиш, штат Индиана , были полностью переселены, чтобы убрать их из зоны затопления. Другие менее масштабные меры по смягчению последствий включают приобретение и снос зданий, подверженных наводнениям, или их защиту от наводнений.
В некоторых поймах, таких как Внутренняя дельта Нигера в Мали , ежегодные наводнения являются естественной частью местной экологии и сельской экономики , позволяя выращивать урожай посредством рецессионного сельского хозяйства . Однако в Бангладеш , который занимает дельту Ганга , преимущества, предоставляемые богатством аллювиальной почвы поймы, серьезно компенсируются частыми наводнениями, вызванными циклонами и ежегодными муссонными дождями. Эти экстремальные погодные явления вызывают серьезные экономические потрясения и гибель людей в густонаселенном регионе.
Состав пойменной почвы уникален и широко варьируется в зависимости от микрорельефа. Пойменные леса имеют высокую топографическую неоднородность, что создает различия в локализованных гидрологических условиях. [27] Влажность почвы в верхних 30 см почвенного профиля также широко варьируется в зависимости от микрорельефа, который влияет на доступность кислорода. [28] [29] Пойменная почва остается аэрированной в течение длительных промежутков времени между наводнениями, но во время наводнения насыщенная почва может стать обедненной кислородом, если она остается застойной достаточно долго. Больше почвенного кислорода доступно на более высоких высотах, дальше от реки. Пойменные леса обычно испытывают чередующиеся периоды аэробной и анаэробной активности почвенных микробов, что влияет на развитие тонких корней и высыхание. [30] [31] [32]
Поймы имеют высокую буферную емкость для фосфора, что предотвращает потерю питательных веществ в речных стоках. [33] Нагрузка фосфорными питательными веществами является проблемой в пресноводных системах. Большая часть фосфора в пресноводных системах поступает с муниципальных очистных сооружений и сельскохозяйственных стоков. [34] Связность потоков контролирует, опосредован ли круговорот фосфора отложениями поймы или внешними процессами. [34] В условиях связности потоков фосфор лучше способен циклизироваться, а отложения и питательные вещества легче удерживаются. [35] Вода в пресноводных потоках оказывается либо в краткосрочном хранилище в растениях или водорослях, либо в долгосрочном в отложениях. [34] Влажный/сухой цикл в пойме оказывает большое влияние на доступность фосфора, поскольку он изменяет уровень воды, окислительно-восстановительное состояние, pH и физические свойства минералов. [34] Сухие почвы, которые ранее были затоплены, имеют сниженную доступность фосфора и повышенную склонность к получению фосфора. [36] Изменения поймы человеком также влияют на круговорот фосфора. [37] Частицы фосфора и растворимый реактивный фосфор (SRP) могут способствовать цветению водорослей и токсичности в водных путях, когда соотношение азота к фосфору изменяется выше по течению. [38] В районах, где фосфорная нагрузка в основном представлена частицами фосфора, например, в реке Миссисипи, наиболее эффективными способами удаления фосфора вверх по течению являются седиментация, нарастание почвы и захоронение. [39] В бассейнах, где SRP является основной формой фосфора, биологическое поглощение в пойменных лесах является лучшим способом удаления питательных веществ. [38] Фосфор может трансформироваться между SRP и частицами фосфора в зависимости от условий окружающей среды или таких процессов, как разложение, биологическое поглощение, окислительно-восстановительный выброс, а также седиментация и нарастание. [40] В любой форме фосфора пойменные леса полезны, поскольку фосфор тонет, а вызванное человеком разъединение между поймами и реками усугубляет перегрузку фосфором. [41]
Пойменные почвы, как правило, содержат большое количество экологических загрязнителей, особенно стойких органических загрязнителей (СОЗ). [42] Правильное понимание распределения загрязняющих веществ в почве затруднено из-за высокой изменчивости микрорельефа и текстуры почвы в поймах. [43]
Общая проблема с сельским хозяйством, особенно с пахотным земледелием, заключается в том, что оно требует слишком много интенсивного труда. Однако одна из форм сельского хозяйства исключает большую часть этого труда: «отступающее после наводнения» (также известное как décrue или рецессия) сельское хозяйство. В отступающем после наводнения сельском хозяйстве семена обычно разбрасываются по плодородному илу, отложенному ежегодным речным паводком.
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )