Способ определения оптимальной ширины лесной полосы при реконструкции

(19) цц 4 А 01 б 23/О ч г ИОАН О ВТОРСКОМУ СВИ ватель- твенное я, Изд,М.: Лес 304,.и. С 1 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ ЛЕСНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ(57) Изобретение относится к защитному лесоразведению, Цель изобретения - повышение точности определения. Проводят вы рубку деревьев лесных полос (ЛП), умень- шая ширину ЛП до оптимального значения. Определяют оптимальную ширину ЛП путем сравнения защитной эффективности вариантов реконструкции ЛП по трем критериям; степени снижения горизонтальной скорости ветра и размерам зоны влияния ЛП на -горизонтальную скорость (ветрозащитная эффективность), .степени снижения сдвиго- вого напряжения ветра у поверхности почвы (почвозащитная эффективность), протяженности зоны, в пределах которой вертикаль.ная скорость ветра направлена к повержности, и по величине этой скорости (пылезащитная, снегорегулирующая эффективность).Эти критерии получают при расчете на ЭВМ параметров ветра по математической модели, описывающей взаимодействие ЛП с ветровым потоком. Наличие в модели ЛП учтено силой аэродинамического сопротивления ЛП, выраженной через коэффициент сопротивления и удельную поверхность растительности, 3 которые определяют экспериментально для типовой ЛП. Выбор окончательного вариан та конструкпвн ЛП осушесталяют исходя па аппп .оптимального сочетания всех защитных й ш свойств, 1 з ф-лы, 1 табл.Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к защитному лесоразведению.Целью изобретения является повышение точности определения оптимальной ширины лесной полосы прн реконструкции.Согласно предлагаемому способу достигается высвобождение дополнительного количества пахотных земель за счет уменьшения ширины лесной полосы при сохранении ее полезащитной эффективности.Способ осуществляется в три этапа следующим образом,игр, (и2 ьРС-2рде Я - высота лесной полосы.Входящее в формулу (1) значение скорости Й находят по результатам трех десятиц фд Н+ 2,иЕф+ г.2,Н 1 п ----2,Используя измерения скорости флюгера,определяют динамическую скорость набегающего потока ч с помощью соотношенияЕфф +Е,30и = -- 1 п ---- (3)фф 0,49где й параметр шероховатости, выбираемый в зависимости от сельскохозяйственного фона с наветрекной стороны. 35Затем проводят таксационное обследование лесной полосы, для чего закладывают вполосе пробные площадки, число и размерыкоторых зависят от вида насаждений и требуемой точности исследования для обеспечения статистической значимости полученных результатов. Обычно при коэффициентевариации площадей суммы сечений у однородных насаждений, равном 3 - 10%, отбирают десять, пробных площадок для обеспечения показателя точности 3%, На выбран-ных пробных площадках производят сплошной пересчет деревьев, измеряя их высоту идиаметры на высоте 1,3 м от шейки корнядерева. На модельных деревьях (т.е. деревьях со статистически средним диаметром и 50высотой насаждения) находят ветки со статистически средними диаметром основания,длиной и количеством ветвей и определяютна них площадь поверхности листьев любымизвестным способом. Затем определ яютудельную поверхность элементов растительности лесополосы 5 как суммарную поверхность стволов, ветвей и,листьев в единице.объема полосы, Г 1 ервый этап. Получение исходных данных.Осугцествляют одновременное измерение полного напора ветра в десяти точках по высоте с наветренной стороны и в десяти точках с подветренной стороны лесной полосы. Измерения проводят с помощью трубок Гкто и двадцатиточечного батарейного манометра. При этом измеряют скорость вет ра на высоте флюгера в открытом поле. По потере полного напора аР = Р - Р, На каждой высоте Х от подстилающей поверхности находят коэффициент аэродинамического сопротивления С полосы по вы- ражению Рпорв ( Е ) ЙЕ минутных экспозиций измерения скорости цна высоте флюгера Х. Для определекия ц применяют соотношение Н+ 2,(2) нием общей ширины и увеличением расстояния между рядами в полосах уменьшенной ширины. На основании моделирования взаимодействия потока с исходной лесной полосой и вариантов ее реконструкции определяют расчетным путем профили и, ч, Г. При расчете применяют математическую модель, представляюп 1 ую собой систему уравнений При определении суммарной поверхности биомассы полосы целесообразно находить поверхность сложных ветвей деревьев по суммарной поверхности элементарных ветвей модельного дерева. Для этого измеряют диаметр и длину элементарных ветвей модельного дерева, а также диаметр основания сложной ветви и составляют регрессивную зависимость между диаметром основания сложной ветви и ее поверхностью, выраженной через поверхность элементарных ветвей, а поверхность сложных ветвей модельных деревьев лесной полосы вычисляют с помощью полученного видового.регрессивного уравнения.Второй этап. Преобразование результатов измерений в набор профилей горизонтальной, вертикальной скоростей и касательного напряжения трения за лесополосой в различных вариантах реконструкции.Осуществляют подбор вариантов реконструкции полосы, учитывая, что необходимо изменить ширину полосы без ухудшения загцитных качеств полосы, удаление внешних рядов. проводить по стороны пашни, реконструкцию проводить двумя путями: измене1410912 ческие особенности которых описаны количественно с помощью измерений (первыйэтап)ц ц 2 + у 2К - -С+ВЭЕ 2 дц дц,"- + -- о К - + К( -) + Св( -- -)Эх ЗЕ дЕ ЭЕ Е 2 К дц аг0ах аЕ К = 1 хЬ для ветра, взаимодействующего в условиях турбулентного приземного слоя с проницаемой преградой,. конструкция и аэродинамиь1аЕ К 3щ , ее,+1 х С" Ь а фКде Г -масштаб турбулентности;Ь - кинетическая энергия турбулентных пульсаций;К - коэффициент турбулентной вязкости; 25 аь=0,73;. Расчет проводится при следующих начальных и граничных условиях: х=О; ц=Я - 1 п-.х - ; хч=О, К=хч,(г+ + г,); Ь = С ч; г = О; ц = щ = 0; К - Ээ; = 0; (=хф г; г=г; К " = , К =о,% где г - уровень над поверхностью почвы, на котором влиянием лесополосы на характеристики потока . можно пренебречь. 40По результатам расчета профилей гори.зонтальной скорости находят касательное напряжение тренияу поверхности по со- отношению=к "- г.45д 2.Третий этап. Сравнительный анализ полу.ченных при расчете профилей и установление ширины лесной полосы.При решении задачи снижения выдувания семян и всходов с помощью лесополосы.выбирают тот вариант реконструкции, при котором обеспечена максимальная и одина ковая в облиственном и обезлиственном состояниях дальность восстановления профи ля горизонтальной скорости ц до логарифми ческого профиля.Для защиты почвы от ветровой эрозии выбирают вариант реконструкции с макси. мальной и одинаковой в облиственном иобезлиственном состояниях дальностью снижения касательного напряжения трения ьу поверхности.Для зашиты посевов от эасекания выбирайт вариант ширины лесополосы с миним.альной областью существования отрицательной вертикальной скорости наименьшейвеличины.Лример, Реконструировалась типоваялесная полоса М 232 колхоза им. ИльичаВыселковского района Краснодарского края.Полоса располагается с юга на север перпендикулярно господствующим (восточным)ветрам и имеет длину 865 м, Ширина лесополосы 21 м, слагающие породы: абрикос(первый и последний ряды), ясень обыкновенный и дуб. Деревья посадки 1958 г. Навсей полосе объемом 108990 м и плошадью1,557 га высажено 5543 дерева,На первом этапе определено С =0,75,ц,=б,25 м(с, ч 2=0,51 м(с, 5=1,39 м-ф.Результаты расчета эффективности исходной лесной полосы и различных вариантов ее реконструкции, полученные на вто.ром этапе осуществления .способа, приведе.ны в таблице.Из приведенных в таблице данных видно, что следует выбирать вариант 3 реконструкции исходной полосы232, соответ.ствуюшей уменьшению ширины полосы до10,5 м, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание ветрозащитной (по горизонтальной скорости), почвоэащитной (по на, пряжению трения), пылезащитной (по вертикальной скорости) эффективности, не ухуд. шая, а по некоторым метеорологическим по.каэателям, даже улучшая защитные свойства исходной полосы. Кроме того, этот вариант обеспечивает наименьшую разницуполей метеоэлементов между полосой сЛиствой и полосой без листвы, что являетсяважным при обеспечении эффективности работы лесной полосы в любое время года.Реконструкция лесной полосы согласнопредлагаемому способу (вариант 2) сводится к удалению с восточной стороны четырехрядов деревьев, угнетающих дуб, при этомагролесомелиоратор руководствуется интуитивными соображениями о создании менееплотной конструкции данной лесополосы.Это приводит к сокращению ширины леснойполосы всего до 15 и, Такой способ определения ширины является менее точным, таккак основан на субъективной качественнойоценке и не подкреплен количественными показателями защитной эффективности полосы,Кроме того, расчет этого варианта реконструкции по предлагаемому способу 1 вариант 2)показывает, что он обладает худ.шими защитными свойствами,В соответствии с предлагаемым способом проведена раскорчевка деревьев в лесополосе Ж 232, в результате которой шириаа полосы уменьшена с 21 до 10,5 м,Осуществление способа на .примере лес,ной полезащитной полосы232 позволяетвысвободить 9182,5 м пахотной земли. Про,ведение реконструкции по всем типовым по-лосам колхоза им. Ильича высвобождает в,целом по хозяйству не менее,150 га пашни.Это означает, что в условиях Кубанских чер-ноземов при урожае в 30 центнеров с гектара может быть дополнительно только в од,ном хозяйстве получено не менее 450 т зер-";на в год.ФорМула изобреейия1, Способ определения оптимальной ширины лесной полосы. при реконструкции,включающий обследование лесополосы, отличающийся тем, что, с целью повышенияточности определения, при обледовании лесополос измеряют вертикальный профиль долного напора ветра до и после полосы, замеряя при этом скорость ветра на высоте флюгера в открытом поле, определяют суммарную поверхность биомассы в единице объема полосы, результаты измерений пре. образуют в набор профилей горизонтальной, вертикальной составляющих скорости ветра и касательного напряжения трения у поверхности земли за лесополосой в различных вариантах реконструкции и устанавливают ширину полезащитной лесополосы по максимальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состоянии дальности вос-, становления логарифмического профиля горизонтальной скорости - для снижения вы; дувания семян и всходов, по максимальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состоянии,дальности снижения на. пряжения трения для защиты почвы от ветровой эрозии, по минимальной области существования. отрицательной скорости вертикальной наименьшей величины - для защиты посевов от засекания.;2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с "целью повышения точности, при определении суммарной поверхности биомассы;полосы измеряют диаметр и длину элементарных ветвей модельного дерева и вычисляют поверхность сложных ветвей по сум 39 . марной поверхности элементарных ветвей, при этом замеряют диаметр ос. нования сложной ветви и составляют регрес.сионную зависимость между диаметром ос- нования сложной ветви и ее поверхностью,а поверхность сложных ветвей модельныхИ деревьев лесной полосы вычисляют с помощью полученного видового регрессионного уравнения.1 х ао х .о х д 1 Э 1 К х Щ ф оцо еаох хц 1 Ф о 1 К Ц Э ф х 1 о о о С Ц2 о ц 1 1 1 1 Е1 о О, о Еф ц ох о х х ц д х63 Щ Е Е 1 1Ц о И 1 х а ф о ц х о д О, х о ф х х ц х а 1 о дц о О о х цФ Р х о а оц 1о аЦ Эц хбхо С 3цо о ф о л о о м м ечцэо 1 ц х 63 1 о о С х о х д Ц 6 х х " О Э ф ох хх ааэ оф Ъо1х ц х фдх611 о а о х ц1 х00 х о о 1 фдх 1 о о 1 о а ц хо кхд цс хч ц о 1 о о о 1оо ц Оцх дф х о Д Э х ц О х о Э 9 фИцЕ хо щф а м 1 1 Хх о1 Х ф1 о а Э х О 1 1ах ээо афх 1е ц эха О 1 ф410912 л О1 1сч м о