14.3. Принципы назначения и улучшения основных показателей снегозадерживающих лесонасаждений

Снегозадерживающие лесные полосы (насаждения) являются инженерными сооружениями, показатели работ и характеристики которых должны быть назначены исходя из расчётного объёма снегоприноса к ограждаемой стороне дороги.

Снегозащитные насаждения оценивают двумя главными показателями: снегозадерживающая способность и снегосборность.

Снегозадерживающая способность- это способность полосы (или другой снегозащитной преграды) задерживать и откладывать ту или иную долю снега, приносимого метелевым потоком.

Количественно снегозадерживающая способность характеризуется коэффициентом задержания

где                                                                                                                         (14.6)

J_П - количество снега, отложившегося в зоне действия преграды;

J_о- количество снега, принесённого к преграде.

Для надёжных снегозащитных насаждений коэффициент задержания принимают равным 0,95, что означает, что 95 % приносимого снега должно быть задержано снегозащитным насаждением.

Снегосборность или снегосборная способность- это предельное количество снега, которое может собрать снегозащитная преграда при условии, что коэффициент задержания не окажется ниже допустимой величины.

Снегозащитные насаждения должны обеспечивать снегосборность, равную или больше максимального объёма снегоприноса. Снегозащитные свойства насаждений можно регулировать путём подбора их конструктивных параметров: высоты деревьев, густоты кроны и ее распределения по высоте, числа рядов деревьев и расстояний между рядами; расстояния между деревьям и внутри ряда.

Формирование снежного вала во время метели происходит от полевой кустарниковой опушки.

Высота снежного вала в пределах полосы не должна превышать 3 м, иначе в процессе оседания снега при таянии произойдёт механическое повреждение деревьев и кустарников (снеголом), в результате чего снижаются защитные свойства лесополосы. С увеличением высоты насаждений увеличивается длина ветровой тени, которая образуется за насаждениями. Вместе с этим возрастает и их снегосборная способность. Однако высокие насаждения способны образовывать длинный вал, который может выйти на дорогу.

Расстояние от бровки земляного полотна до внутреннего края снегозащитной лесополосы колеблется от 8 до 25 высот деревьев (с запасом часто принимают 30 высот деревьев).

Такие большие колебания объясняются тем, что длина снежного вала зависит во многом от просветности и снегозадерживающей способности лесополосы.

Густота (плотность)насаждений влияет на форму и объем снегоотложений.

При уменьшении густоты насаждений наветренный шлейф снежных отложений сначала уменьшается, а потом исчезает совсем, а подветренный шлейф вытягивается и отодвигается от посадок.

Очень густые насаждения работают как сплошная преградаи имеют пониженную снегосборность.

При недостаточной густоте насаждения слишком проницаемы и тоже работают не вполне эффективно. Поэтому снегозащитная лесополоса должна иметь достаточную плотность и малую продуваемость. Обязательным элементом каждой полосы должна быть густая двухрядная кустарниковая опушка.

Распределение густоты (плотности)насаждений по вертикали оказывает большое воздействие на снегозащитные свойства насаждений.

Насаждения, имеющие большую плотность в верхней части и сплошные просветы в нижней части, образуют длинный снежный вал пологой формы.

Большие просветы могут создаваться со временем по мере роста деревьев, когда их крона поднимается вверх и нижний ярус оголяется, что ухудшает работу насаждений при низовых метелях.

Для сохранения защитных свойств насаждений необходимы специальные агротехнические и реконструктивные меры.

Число рядов деревьев и кустарниковв лесной полосе влияет на продуваемость насаждений. При большом числе рядов полоса плотная, малопроницаема для ветра. С увеличением числа рядов снежный вал приобретает более крутую форму, приближается к полосе, а затем вступает в её пределы. Поэтому в насаждениях с большим числом рядов часто наблюдаются случаи снеголома.

При малом числе рядов снежный вал становится вытянутым, удалённым от полосы и может выйти на дорогу.

Ширина междурядий в пределах от 1 до 3 метров практически не влияет на снегозадерживающие свойства лесополос. Но при ширине междурядий меньше 1 м и больше 3 м существенно изменяются условия роста растений, а следовательно, их высота, густота ветвления, которые влияют на снегозадерживающую способность насаждений.

В настоящее время ширину междурядий принимают 2,5-3,0 м исходя из удобства механизированного ухода за насаждениями снегозащиты дорог. Это позволяет в 1,5-3 раза сократить площадь отводимых земель и затраты на создание посадок.

Методика расчёта параметров снегозащитных насаждений, разработанная канд. техн. наук В.А. Пастернацким, состоит в следующем.

Для надёжной защиты дорог от снежных заносов насаждения должны иметь плотность стволов деревьев и кустарников 0,8-1,2 или обеспечивать снижение скорости ветра на 60-70 %. При этом у насаждений высотой до 4 м высота от поверхности земли до ветвей кроны не должна превышать 1 м, а у насаждений высотой более 4 м она должна быть не менее 1 м.

Плотность стволов Rрассчитывают по формуле:

где                                                                                                                 (14.7)

п- количество древесных и кустарниковых пород в насаждении;

D- средний диаметр стволов на высоте 1,3 м, м;

N- число стволов данной породы в насаждении;

L_П- фронтальная длина насаждения, в котором произведён учёт стволов. Она должна быть не менее 50 м.

Высота, до которой обеспечивается непрерывность требований по плотности, соответствует «рабочей» высоте снегозащитных насаждений. Она равна минимальной высоте деревьев или кустарников, на долю которых приходится не менее 75 % от требуемой плотности, или максимальной высоте снежного вала, формирование которого происходило при характерной для данной местности скорости метелевых ветров.

Требуемую «рабочую» высоту проектируемых насаждений рассчитывают по формуле

где                                                                                                      (14.8)

Q_сн- максимальный объём снегоприноса к ограждаемому участку дороги, м³/м;

Н_с- средняя из максимальных высота снежного покрова в защищенном месте, м.

Минимально допустимое удаление посадок от дороги, при котором шлейф снежных отложений не выйдет на проезжую часть дороги, устанавливают по коэффициенту реализации снегосборности К_р.

где                                                                                                                  (14.9)

К_р- значение коэффициента реализации снегосборности при увеличении расстояния от первого (наветренного) ряда насаждения в сторону дороги на величину, кратнуюh_p.

После расчёта К_рпо табл. 14.5 определяют расстояние, выраженное вh_p, и исходя из фактической высоты «рабочей части» рассчитывают это расстояние в метрах.

Таблица 14.5

Значение коэффициента К_р

При подходе метелевых ветров с максимальным объёмом снегоприноса к фронту насаждения под углом меньше 90° вычисленное расстояние умножают на синус этого угла.

В тех случаях, когда значение К_р> 0,9, следует проектировать двухполосное насаждение. ЕслиК_р> 1,8 - трёхполосное и т.д.

Плотность и «рабочую» высоту проектируемых насаждений устанавливают на основании обследования придорожных снегозащитных посадок в конкретных условиях произрастания. При отсутствии таких насаждений следует исходить из того, что плотность одного ряда древесных пород равна 0,13, а одного ряда высоких кустарников - 0,28. «Рабочую» высоту принимают равной 3 м.

Плотность насаждений должна возрастать по высоте. Поэтому в снегозащитные насаждения необходимо вводить не менее двух рядов высоких кустарников. В остальные ряды желательно высаживать низкокронные или теневыносливые древесные породы. Общее количество рядов в снегозащитных насаждениях такой конструкции находится в пределах от 3 до 8.

Применение низкорастущих кустарников, а также высококронных светолюбивых древесных пород для целей снегозащиты, если не преследуются почвозащитные, декоративные и другие цели, нежелательно.

Насаждения из хвойных пород корректируют посадкой одного ряда ели или двух рядов можжевельника.

В еловых посадках стрижку предусматривают до высоты, позволяющей использование механизмов. В случае отмирания нижних ветвей до высоты, превышающей 1 м, следует произвести посадку второго ряда ели.

Повышение эффективности существующих снегозащитных лесонасаждений. В процессе многолетней работы существующие лесонасаждения могут значительно снизить или потерять некоторые или все снегозащитные свойства.

Наиболее часто в процессе эксплуатации возникают следующие недостатки снегозащитных лесонасаждений:

недостаточная снегозадерживающая способность, вследствие чего большая часть снега проносится через насаждения и откладывается на дороге;

недостаточная снегосборность, вследствие чего лесополоса рано зарабатывается и не задерживает (не вмещает) весь объём снега, приносимого к дороге;

шлейф снега выходит на дорогу.

Все отмеченные недостатки способствуют образованию снежных заносов на дорогах.

Во всех случаях, когда снегозащитная полоса не выполняет свои снегозащитные функции, должны быть предусмотрены мероприятия по её усилению путём увеличения ширины или создания дополнительных полос. Типовые схемы размещения дополнительных полос в сочетании с усилением существующих придорожных посадок принимают в соответствии с объёмом снегоприноса (рис. 14.5). Величина параметров l₁;l₂иdзависит от ширины существующей полосыС, её расстояния до дорогиlи ширины дополнительных лесных полоса.

Рис. 14.5. Типовые схемы усиления существующих снегозащитных лесных насаждений вдоль автомобильных дорог при объеме снегопереноса (м³/м): а - до 25; б - до 50; в - до 100; г - до 150; д - до 250

Ассортимент древесных и кустарниковых пород и их размещение в дополнительных лесных полосах и при уширении существующих насаждений принимают в соответствии с изложенными выше требованиями по созданию новых снегозащитных полос.

Выбор типовой схемы усиления и ее параметров производится по результатам оценки состояния условий работы существующих лесонасаждений и определения их остаточной снегосборности.

При обследовании снегозащитных насаждений их подразделяют на четыре вида: еловые изгороди, кустарниковые, древесно-кустарниковые и хвойно-лиственные насаждения. Для расчета снегосборности в насаждениях производят пересчет растений на пробных площадях, измеряют диаметры на высоте 1,3 м, высоту до ветвей кроны у древесных пород и высоту кустарника. Если пересчёт выполнить невозможно, определяют сохранность по величине просветов в вертикальной плоскости насаждения.

Сохранность посадок определяют для приземного яруса защиты до высоты не более 6 м. Если в облиственном состоянии просветы отсутствуют, то сохранность составляет более 80 %. При наличии просветов до 10 % сохранность равна 60-80 %, при просветах 10-30 и 30-50 % сохранность равна соответственно 60-40 и 40-20 %. При величине просветов в приземном ярусе 50 % и более сохранность снегозадерживающего насаждения составляет менее 20 %.

Снегосборность существующих насаждений рассчитывают по формуле

Q = 10H²K₁K₂, где                                                                                                             (14.10)

H- высота еловых изгородей (включая хвойно-лиственные полосы), древесного и кустарникового яруса в древесно-кустарниковых лесополосах, м. Максимальное значениеHпри расчете снегосборности не должно превышать 4 м;

K₁- коэффициент, учитывающий удаление посадок от дороги; значенияK₁приведены в табл. 14.6;

K₂- коэффициент, учитывающий плотность или сохранность насаждений; значенияK₂приведены в табл. 14.7.

Таблица 14.6

Значения коэффициента K₁(данные В.А. Пастернацкого)

Таблица 14.7

Значения коэффициента K₂(данные В.А. Пастернацкого)

По разности между объёмом снегоприноса и снегосборностъю насаждений определяют мощность дополнительной снегозащиты.

Мероприятия по повышению эффективности работы существующих лесонасаждений назначают после выявления причин возникших недостатков.

Причиной недостаточной снегозадерживающей способности могут быть изреженные, повреждённые снегом лесонасаждения, их ранний возраст, отсутствие кустарниковой опушки, излишняя ветропроницаемость в нижней части. Последнее чаще всего происходит из-за того, что деревья выросли и нижняя часть очистилась от сучьев или из-за того, что кустарниковая опушка стала очень редкой.

Снегозадерживающую способность можно повысить увеличением густоты (плотности) деревьев и кустарников путём правильно выполненных рубок ухода или увеличением числа рядов в снегозащитных полосах.

Длина подветренного снежного шлейфа бывает больше расстояния посадок от дороги в случаях неправильного расположения насаждений (ближе допустимого расстояния от дороги), недостаточной густоты насаждений, вследствие чего удлиняется шлейф даже у посадок, расположенных на значительном расстоянии от дороги.

Укоротить подветренный шлейф можно, изменяя форму и расположение вала путем посадки дополнительных рядов деревьев и кустарников с полевой стороны полосы, а также повышением густоты насаждения и уменьшением их высоты при проведении конструктивных рубок ухода.

Обязательное усиление существующих полос путём увеличения ширины имеющихся насаждений применяется в двух случаях:

в насаждениях, расположенных на нормальных расстояниях от дороги, имеющих достаточную снегосборную способность, но имеющих недостаточную густоту по ярусам, если рубкой ухода её повысить невозможно;

в насаждениях, имеющих плотную конструкцию, но расположенных близко от дороги, и необходимо отодвинуть от дороги шлейф снега.

Увеличение ширины насаждений производится путём посадки или посева с полевой стороны небольших дополнительных рядов деревьев и кустарников (не более 6-7 рядов). Расстояние между дополнительными рядами принимают равным 2,5-3,3 м.

Плотность существующих лесных полос увеличивают путём посадки с полевой стороны дополнительных двух рядов кустарниковой опушки.

Если низкая плотность образовалась в верхнем ярусе за счёт изреженности высоких деревьев, высаживают дополнительно несколько рядов низкокронных и высококронных деревьев и двухрядную кустарниковую опушку.