Файл: Холупяк К.Л. Устройство противоэрозионных лесных насаждений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
Водосборную нагрузку можно определять для каждого участка границы, имеющего различную длину водосбора, и как средневзве шенную для всей стокоударной границы.
Выше рассмотрены примеры равномерного движения стока в направлении границ. При наличии даже на ровном склоне на клонных рубежей (дорог, меж, разъемных борозд) они робирают сток и в виде потоков сбрасывают его на отдеЛьные участки гра ницы леса. В этом случае водосборная нагрузка на этих участках (в том числе и горизонтальных) будет пропорциональна не длине «линии тока», а размерам искусственных водосборов.
Определение W в условиях перераспределения стока вдоль на клонных границ леса в зависимости от длины водосбора на том или ином участке также невозможно. Рассмотрим это положение на простом примере. Допустим, что граница леса АБ размещена по
отношению к |
водораздельной линии ВБ под углом (рис. 9, б). |
|
В этом случае |
Wc — |
jp |
При условии, что Д =10 га и А 5 = 500 м, |
Wс=0,02 га. Однако эта величина совершенно не отражает дей ствительных нагрузок. Вдоль границы она меняется не только в за висимости от величины угла а от 0 до 90°, длины водосбора (от О до АБ), но и от протяженности стокоударной наклонной границы (от О до АБ). Если иа границе леса АБ наметить метровые отрезки в, ві и 02, то их водосборная нагрузка будет тем выше, чем ниже они расположены на склоне. При среднем расстоянии от водораз
дела |
а = 1 м, аі = 200 м, а2=400 м их нагрузки соответственно |
равны |
« 1, 200 и 400 мг. Однако такой расчет нельзя признать пра |
вильным, так как к участкам ві и б2 сток поступает не только с соб ственных, но и смежных (чужих) водосборов, питающих нижерасположенные участки наклонной стокоударпой границы. Вследствие этого водосборная нагрузка увеличивается по мере удаления от точки Б в сторону А. Графически это увеличение соответствует ли нии ДБі (рис. 9, в). В нижнем конце границы на метровом участке в2 водосборная нагрузка достигает 10 га, что в 250 раз больше на грузки собственного водосбора, равного 400 м2. Вполне очевидно, что величина «линии тока» такого собственного водосбора или ко личество поступающего с него стока не могут быть приняты для расчета средней ширины лесного насаждения.
Следствием увеличения водосборной нагрузки в низ наклонных стокоударных границ является концентрация значительной массы стока в пограничном потоке. Если такой поток поступает на кру той незащищенный берег балки или оврага, то в месте его сброса возникает новый очаг интенсивного размыва. Даже при небольших продольных уклонах вдоль наклонных границ возникает русловая эрозия и образуются отрицательные формы микрорельефа. С уве личением искусственного водосбора их размеры также увеличи
ваются.
Наблюдения, выполненные в Великоанадольском лесу, пока зали, что при уклоне 0,5% площади водосбора 2 га и крутизне 2— 3% глубина прирубежных размоин на обыкновенных черноземах
достигает 5 см, что вполне достаточно для перехвата и отвода стока вдоль границы. Этому способствуют также сугробы снега. С увели чением площади искусственного водосбора до 164,9 га, при сред нем уклоне границы леса 1,3%, глубина ложбиновидных размоин увеличивается, а на берегу балки она превращается в промоину и овраг глубиной 60—146 см.
Лесное насаждение может иметь несколько участков стокоудар ных границ, разделенных нестокоударными участками, частными топографическими и искусственными водоразделами, стокосброс
ными участками. Общая средняя водосборная нагрузка |
W0 в этом |
случае вычисляется по формуле |
|
^ 0 = І 7 > |
О) |
где 2.F — сумма площадей водосборов, га;
2L — общая длина стокоударных участков, м.
Например, одна из границ .Великоанадольского леса состоит из четырех стокоударных участков протяженностью 30, 50, 20 и 25 м с соответствующими им водрсборами, равными 2, 5, 3 и 1 га. Об
щий показатель водосборной нагрузки W0 = ^ = 0,088 га/м. По
отдельным участкам он варьирует в пределах 0,04—0,15 гаім.
На основе водосборных нагрузок наклонных стокоударных гра ниц невозможно определить среднюю длину искусственного водо сбора. Так, для участка е2 (рис. 9, б) длина водосбора по «линии
тока» равна |
400:1=400 м, а для искусственного водосбора |
100 000 : 1 = |
100 км. Длина топографических водосборов стокоудар- |
пых границ Великоанадольского леса колеблется в пределах 135— 2800 м, а средняя длина водосборов, вычисленная путем деления всей площади водосбора (1099 га) на общую длину стокоударных границ (10 759 м), — примерно 1 км, т. е. в 3 раза меньше. Это еще раз подтверждает несоответствие топографических и искусст венных водосборов.
Следует отметить, что величина стока зависит не только от пло щади и характера водосбора, но также и от условий распределения и таяния снега. Чем больше будет перенесено снега со смежных водосборов и накоплено его на опушках, тем больше воды будет протекать в прирубежных потоках и тем больше будет их у с л о в ный водосбор.
Водосборно-стокосбросная и гидрологическая нагрузки. После подхода полевого стока к стокоударным границам, в зависимости
;от.способа их размещения, он сразу поступает под полог насаж дения или отводится в сторону и сбрасывается в лес через наклон ные, донные или угловые стокосбросные участки. Чем больше водоббор, питающий стокосбросный участок, тем большая мощность по тока, поступающего на облесенный склон. В связи с этим большое
практическое значение имеет показатель водосборно-стокосбросной
нагрузки Н, который выражается отношением |
... |
|
(Ю) |
где F — площадь водосбора, га\ |
|
В — длина стокосбросного участка, м. |
|
При горизонтальном размещении границы на продольно- и по перечно-прямых склонах показатель водосборно-стокосбросной на
|
|
|
грузки |
в |
основном |
совпадает с |
|||||||
|
|
|
водосборной |
ее |
нагрузкой, |
т. |
е. |
||||||
|
|
|
H —W. В условиях перераспреде |
||||||||||
|
|
|
ления |
|
стока |
вдоль |
наклонных |
||||||
|
|
|
границ |
это |
соотношение |
может |
|||||||
|
|
|
быть |
различным: |
H<W\ |
H=W |
|||||||
|
|
|
и H>W. Однако, |
как |
правило, |
||||||||
|
|
|
преобладают случаи, когда во- |
||||||||||
|
|
|
досборно-стокосбросная |
нагрузка |
|||||||||
|
|
|
во много раз превышает водо |
||||||||||
|
|
|
сборную |
нагрузку |
границы. |
|
|||||||
|
|
|
Сброс |
стока |
через наклонные |
||||||||
|
|
|
стокосбросные |
участки |
приводит |
||||||||
|
|
|
к уменьшению искусственных во |
||||||||||
|
|
|
досборов |
и стокосбросных нагру |
|||||||||
|
|
|
зок на |
нижерасположенных уча |
|||||||||
|
|
|
стках |
|
границы. |
Допустим, |
что |
||||||
|
|
|
сток, с водосбора |
f і |
сброшен |
на |
|||||||
|
|
|
стокосбросном |
участке |
в\ |
(рис. |
|||||||
|
|
|
9,6). В этом случае соответст |
||||||||||
|
|
|
венно |
|
уменьшатся значения |
W |
|||||||
|
|
|
для |
границы, |
|
расположенной |
|||||||
|
|
|
ниже |
ei, |
и Н — для |
стокосброс |
|||||||
|
|
|
ного участка |
в2. Пример |
такого |
||||||||
Рис. 10. |
Пример |
перераспределения |
перераспределния |
|
стокосброс |
||||||||
ных нагрузок приведен на рис. 10. |
|||||||||||||
стока и водосборных стокосбросных |
Аналогичная |
зависимость |
су |
||||||||||
нагрузок |
вдоль |
границы балочного |
ществует |
между нагрузками |
на |
||||||||
|
|
леса |
|||||||||||
|
|
|
отдельных участках |
при поступ |
лении стока в лес через донные и угловые стокосбросные участки. Чем больше стока будет сбро шено через наклонные участки, тем меньше будет нагрузка на нижерасположенных донных и угловых стокосбросных участках.
Суммарная водосборно-стокосбросная нагрузка Я с границы илицелого насаждения определяется отношением
Нс==Ш ’ (іі)
где 2F — площадь водосборов, питающих все стокосбросные уча стки, га)
2 .6 — суммарная протяженность всех стокосбросных участ ков, м.
Сложные условия подхода, перераспределения и сброса стока обусловливают непостоянство величины стокосбросных нагрузок в пределах даже одного горизонтального и тем более наклонного стокосбросного участка. Одной из важных задач является опреде ление максимальных нагрузок, как наиболее опасных в эрозионном отношении. Стокосбросной участок В является одновременно шири ной потока и поэтому в гидрологическом отношении представляет собой важный параметр, от которого зависит глубина потока, его эродирующая и транспортирующая способности. Стокосбросная на грузка, выраженная через водосбор или расход, может одновре менно служить объективным показателем степени концентрации стока, происходящей под влиянием рельефа и искусственных ли нейных преград, в том числе границ леса.
В полевых условиях ширина стокосбросных .участков определя лась по следам, которые сохраняются на поверхности земли, лес ной подстилке, траве, кустарниках и на стволах деревьев после про хождения потока ливневых или талых вод. Этот способ давно и широко применяется при полевых гидрологических исследова ниях (К. П. Воскресенский, 1956). Продольный профиль стоко сбросных участков и глубина потока определяются нивелиром или уклономером. Если поток не оставил следов и по ним невозможно определить место его сброса, необходимо проводить нивелировку границ леса и устанавливать стокосбросные участки с учетом влия ния микрорельефа и других условий.
Для общей ориентировки о месте размещения хорошо выражен ных стокосбросных участков можно пользоваться топографиче скими картами, составленными на основе съемки.в масштабе не мельче I : 5000. Чем крупнее масштаб, тем точнее по карте можно определить место сброса стока через границу леса. Определение длины стокосбросного участка, возникшего под влиянием времен ных препятствий (иацример, сугробов снега, случайных поворотов при направлении пахоты и т. п.), без наличия следов потока не всегда возможно. Наилучшим временем для определения места сброса стока является весенний паводок или ближайшее время после его прохождения, а также после ливня.
Так как перераспределение стока и расположение мест его сброса зависят от способа размещения границ леса на склоне, можно регулировать водосборные и стокосбросные нагрузки путем соответствующего устройства лесомелиофонда. Гидрологический показатель стокосбросной нагрузки Hq может быть определен от ношением
Н ч |
В ’ |
( 12) . |
|
Q CCK |
|
где QCCK— расход воды, л/се/с;
В — ширина потока или стокосбросиого участка, м.
где Vo — скорость течения воды, місек; h — глубина потока, м.
Стокосбросные участки на напашных гребнях имеют сходство с порогами водосливов без бокового сжатия. Поэтому для вычис ления секундного расхода воды можно применить известную фор мулу (Е. 3. Рабинович, 1957) :
(14)
где QceK — максимальный расход воды, лісек;
т— коэффициент, характеризующий условия сброса стока через водосливной порог (для стокосбросных участков, с характерными для них неблагоприятными гидрологи ческими условиями, наиболее подходит т = 0,3);
В — ширина потока (стокосбросного участка), м\
h — глубина потока над порогом водослива (над напашным гребнем), м\
Ѵо — скорость потока, м/сек\ g — ускорение, равное 9,81.
Преобразуя эту формулу, можно получить длину стокосброс ного участка для определения расхода и заданной глубины:
(15)
Однако практическое применение таких и аналогичных гидроло гических расчетов пока что затруднено, ввиду отсутствия доста точно обоснованных норм стока с небольших и особенно с искус ственных водосборов.
Противоэрозионная устроенность стокоударных границ леса.
Чем больше протяженность стокосбросных участков в пределах данного водосбора, тем ниже средняя стокрсбросная нагрузка, отно сительно меньше степень концентрации стока и слабее их эроди рующая энергия. Следовательно, такие приемы, как увеличение фронта поступления стока и уменьшение протяженности стокоот водных участков границы, могут быть использованы для повыше ния. почвозащитной эффективности лесных насаждений. В связи с этим большое практическое значение приобретает количественное выражение этой зависимости в виде показателя противоэрозионной устроенности стокоударных границ леса
где К — показатель противоэрозионной устроенности (в абсолют ных величинах или в %);
В — длина стокосбросного участка, м\
L — общая длина стокоударной границы для того или иного водосбора, м.
Если вся стокоударная граница является стокосбро'снон, то К = 1, т. е. в этом случае он достигнет наиболее высокого значения. Однако такой показатель может быть в трех различных по своему характеру случаях. В первом случае стокоударный участок разме щен горизонтально на ровном склоне и на всем протяжении явля ется стокосбросным (рис. 2, а). Ко второму случаю относится го ризонтальное размещение стокоударной границы в ложбине или прогибе склона (рис. 2,г ) . Сток с г о л о в н о г о водосбора f подходит через донный стокосбросной участок В. Так как ß = L, то /<’= !. Боковые участки границы Аа и Бб также имеют К=1- Следова тельно, в обоих случаях (т. е. при донном и фронтальном сбросах) К= 1. Однако условия подхода и сброса, а также стокосбросные нагрузки здесь весьма различные. Наиболее высокую нагрузку обычно имеет донный стокосбросной участок. Горизонтальное раз мещение границы в ложбине имеет те преимущества, что сток с боковых водосборов fi и f2 не поступает через донный стокосброснон участок, а направляется под полог леса в распыленном виде. Наилучшие условия для широкофронтального сброса создаются при горизонтальном размещении границ леса на поперечно-выпук лом склоне.
К третьему случаю относится поперечное размещение стоко сбросного участка на облесенном дне ложбины, лога или балки, при отсутствии подхода прирубежных потоков с боковых водосбо ров. Так, для водосбора f (см. рис. 3, д)
Если же через стокосбросной участок сток поступает в лес также с боковых водосборов fi и І2, т. е. со всего искусственноговодо сбора, образовавшегося в результате поперечного размещения гра ницы АБ, то показатель устроенности равен
/с = 4 = < і .
Вкачестве примера приведем показатель противоэрозионной устроенности К полезащитной лесной полосы № 33 на Мариуполь ской лесной опытной станции, размещенной поперек водосбора ложбины. Длина ее стокоударной границы равна 471 м, а стоко сбросного участка — 0,7 м, откуда
=0,001 =0,1% .