книги из ГПНТБ / Холупяк К.Л. Устройство противоэрозионных лесных насаждений

в сторону поля. При криволинейномразмещении по линии гра­ ницы А\Б или А БХона является продольной.

Так как на направление стока влияет не только общая форма склона, но и местные изменения величины его уклонов, граница леса для сохранения продольности должна иметь сложную, изви­ листую форму. Если при таких условиях сохраняется прямолиней­ ность, то на разных участках она попеременно становится стокоударной,наклонной, продольной, нейтральной или даже приоб­ ретает водораздельные функции. Учет этой зависимости дает воз­ можность устранить недостатки и последствия продольного разме­ щения границ лесных насаждений.

Степень продольности границы леса и других видов рубежей можно выразить при помощи показателя

Л = (з)

где А3— показатель продольности границы леса;

Е/3 — сумма длин участков границы, расположенных точно вдоль, склона, лг;

L — общая длина стокоударной границы, м.

Чем меньше показатель продольности А3 отклоняется от еди­ ницы, тем в большей степени граница совпадает с местным направ­ лением стока.

Показатель водораздельное™ границ леса. При отсутствии сед­ ловин и впадин водораздельная линия имеет падение в сторону общего уклона местности между двумя смежными звеньями гид­ рографической сети (оврагов, ложбин, балок). При точном совпа­ дении границы леса с водоразделом сток отходит от леса. Однако такие идеальные случаи наблюдаются весьма редко. В связи с тем, что длина частных водосборов (ложбин, прогибов) не одинакова, водораздельная линия в плане и по профилю имеет сложную форму. При размещении прямолинейной границы леса КМ на таком водо­ разделе она неизбежно отклоняется от направления водораздель­ ной линии абвг (рис. 7, б). На участках, где эта линия располо­ жена выше границы, сток от нее направляется в сторону леса, и на­ оборот, где ниже, сток отходит в сторону поля, гДе возникают очаги эрозий. В приведенном примере только на участке д граница сов­ падает с водораздельной линией.

При достаточной выраженности и глубине ложбин и прогибов сток из них поступает в лес. Следует ' отметить, что на широких водораздельных пространствах, где водораздельная линия выра­ жена плохо, лесная граница вместе с опушкой и сугробами снега способствует подпору воды. Таким образом, степень водораздель­ ное™ границы и соответствующие условия стока и эрозии зависят от способа и места ее размещения, а также характера водораз­ делов.

Степень водораздельное™ может быть выражена отношением

В предыдущем разделе рассмотрены основные способы разме­ щения границ лесных насаждений на склонах и их количественные показатели. При этом не учитывались способы размещения на местности лесных площадей различной конфигурации. Вместе с тем от правильного выбора оптимальной формы,' размеров п способа размещения облесенных участков в значительной мере зависит их эффективность. Эти требования к насаждениям могут быть выра­ жены при помощи ряда количественных показателей.

Стокоударная устроенность противоэрозионных лесных наса­ ждений. Площади, покрытые лесом, могут иметь форму узких пря­ моугольников (полос), треугольников, квадратов куртин и масси­ вов с конфигурацией различной сложности. От этого зависит про­ тяженность стокоударных границ, а также стокоударная устроен­ ность лесомелиофонда. Количественным ее показателем может служить отношение

2 L — общая протяженность стокоударных границ, м; Е — протяженность всей границы леса, м.

Допустим, что на прямом склоне с ровной поверхностью разме­ щены два участка леса (рис. 8) в виде полосы а и квадрата г. Пло­ щадь первого участка равна 500x20 м и второго 100X100 ж, т. е.

Таким образом, показатель устроенности квадратного лесного участка почти в 2 раза меньше, чем полосного. Чем более вытянут участок поперек склона, тем выше этот показатель. Однако стоко­ ударная устроенность зависит не только от конфигурации лесного участка, но также от способа его размещения на склоне. Так, при размещении лесной полосы вдоль склона (рис. 8, б) Об = 20 : 1040« «0,02, что в 24 раза меньше, чем при горизонтальном размещении.

одной из важных количественных характеристик стокоударной гра­ ницы является ее средняя водосборная нагрузка:

будет различной. Величина ее будет пропорциональна длине водо­ сбора на каждом участке и соответствующей ему протяженности границы леса. В этом случае W для всей границы аб меньше бді и больше ва. Эта разница зависит от того, на каком участке гра­ ницы преобладает та или иная длина водосбора. Средняя водосбор­ ная нагрузка в этом случае имеет выражение

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

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

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

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

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

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

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% .