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

Суммарный показатель устроенное™ границ всего насажде- ' ния К определяется по формуле

где ЪВ — общая протяженность всех стокосбросных участков, м; 2L — суммарная длина стокоударных границ, м.

Например, для Великоанадольского лесного массива SL = = 10759 м, а 25 = 30 м, откуда К = 0,3%. Следовательно, у полосы и лесного массива противоэрозионная устроениость весьма низкая. Вместе с тем чем меньше К, тем больше гидрологическая стоко­ сбросная нагрузка, тем меньше почвозащитная эффективность лес­ ных насаждений.

При угловом размещении границ АДБ сток собирается в при­ рубежные потоки вдоль наклонных границ АД и БД и сбрасы­ вается через угловой стокосбросной участок В (см. рис. 2,е, 2,ж). В этом случае

В

К = ADB = 4 - < і .

Обычно длина углового, как и донного стокосбросного, участка по отношению к протяженности наклонных водопроводящих ложбин небольшая, а поэтому К здесь значительно меньше единицы. В тех случаях, когда сток с водосбора отводится наклонными сто­ коударными границами и поэтому в лер не поступает (т. е. стоко­ сбросные участки отсутствуют), К=0 (см. рис. 2, и).

Следует помнить, что при отсутствии резких углов поворота границ и ложбин, но наличии значительных водосборов и накопле­ нии снега в опушках, сток собирается в эродирующие потоки вдоль наклонных границ даже при уклоне их менее 1°.

ЗАВИСИМОСТЬ ЗАЩИТНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ОТ ИХ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ УСТРОЕННОСТИ

В результате многолетних исследований установлено, что поч­ возащитная эффективность фитомелиофонда зависит не столько от его общей площади, сколько от той части облесенного или залу­ женного склона, на которую поступает полевой сток. Такие пло­ щади названы нами р а б о ч и м и у ч а с т к а м и .

На рабочие участки леса сток с полей поступает через стоко­ сбросные участии, которые служат для них верхней границей. Раз­ меры и конфигурация их зависят от многих условий: формы поверхности облесенного склона, его крутизны, микрорельефа, противоэрозионного устройства границ, величины и структуры пото­ ков, количества транспортируемых продуктов эрозии, породного состава, строения и возраста насаждения, характера мертвого и живого покрова и др. Границы рабочих участков потока легко

степени и равномерности зарастания травой и т. п. Даже при гори­ зонтальном размещении границ поток подходит к лесу не тонким слоем, а отдельными ручейками. Это обусловлено также неодина­ ковой мощностью отложений смытой почвы, снега и неравномер­ ным его таянием.

Часто незаметные микропонижения на стокосбросных участках в течение ряда лет расчленяют потоки, поступающие в лес. Напри­

членения на потоки (рис. 12, в). Таким образом, в последнем случае К ~ 1, а в двух предыдущих К< 1. Отсюда следует, что противоэрозионную устроенность и рабочие участки можно опре­ делять после весенних паводков и ливней достаточно высокой обеспеченности.

Во время ливня 21 августа 1950 г. часть стока и смытой почвы было вынесено за границы облесенной части учетной площадки. Это было обусловлено не только большим расходом вЪды, по также заилением части площадки во время предыдущих ливней. Таким образом, частый сброс значительного количества ила не только ухудшает мелиорирующую лесную среду, но и затрудняет ее восстановление. Вместе с тем заиление небольших ложбин спо­ собствует более равномерному растеканию потока в лесу. После­ дующие наблюдения показали, что при меньших расходах поток

снова расчленяется па три рукава. В дальнейшем, по мере отло­ жения смытой почвы, их конфигурация и местоположение будут меняться. Следует отметить, что такое перемещение является од­ ним из условий, благоприятствующих восстановлению подстилки и других элементов лесной среды. Смена контуров рабочих уча­ стков имеет как поперечное, так и продольное направление. Таким образом, эти изменения происходят как во времени, так и в про­ странстве. Они являются следствием не только влияния внешних факторов (интенсивность ливня, количество осадков, скорость таяния снега), но также тех количественных и качественных изме­ нений, которые происходят на рабочих участках во время прохож­ дения потоков (снос и деформация подстилки, заиливание, обра­ зование нового микрорельефа, уменьшение фильтрации, а также различная скорость восстановления мелиорирующей среды в меж­ сточные периоды). Максимальную площадь рабочих участков мно­ голетней давности можно установить по следам потоков, если они не уничтожены во время пастьбы скота.

При сбросе в лес потоков значительной мощности происходит снос и отложение подстилки на новом месте. Наименьшую устой­ чивость по отношению к смыву имеет верхний слой подстилки, об­ разовавшийся во время последнего листопада. Потоки со скоро­ стью 2—3 м/сек могут не только уносить мертвый покров, но также создавать ложбины, промоины и даже овраги.

После удаления подстилки мелиорирующая способность леса почти полностью теряется (рис. 13). Поток, проходящий по такому руслу, сохраняет свою эродирующую энергию. При встрече на своем пути препятствий в виде кустарника, стволов деревьев по­ ток откладывает на рабочем участке смытую подстилку, пожнив­ ные и растительные остатки, мелкий хворост. Такие нагромождения, перемешанные со смытой почвой, играют роль полупроницаемых запруд. В условиях подпора и растекания потока его транс­ портирующая энергия резко падает, а вода, очищенная в резуль­ тате подпора, растекается в стороны и фильтруется подстилкой. Фильтрующая поверхность при этом также увеличивается.

Задержанию смытой подстилки и образованию большого коли­ чества прудков глубиной до 0,3—0,4 м также способствует густой подлесок из кустарника, самосев древесных пород, а также опав­ шие ветки. Равномерное распределение таких преград обеспечи­

реженных насаждений или на безлесных прогалинах), в зависи­ мости от уклонов, расхода воды, характера растительности, коли­ чества и механического состава, смытая почва транспортируется вниз по склону и откладывается по мере уменьшения скорости потока. В условиях недостаточной защиты покровом не только

процеживается сквозь густую щетку из растений и теряет скорость, вследствие чего и происходит отложение почвы. Этому способст­ вует также уменьшение местных уклонов.

В связи с уменьшением скорости по периферии потока откла­ дывается смытая почва и лесная подстилка, вынесенная из вышерасположенного лесного насаждения. Такие «берега» формируют русло даже на ровном склоне. При увеличении глубины потока (более 5—7 см) травяной покров прижимается к поверхности земли, создавая хорошую защиту от эрозии. Если покров из трав

Рис. 13. Удаление подстилки потоком в сосновом лесу резко умень­ шает его стокорегулнрующую и почвозащитную эффективность

ие равномерный, то поток растекается в направлении наиболее слаборазвитой или изреженной его части. Под влиянием сужения потока, увеличения глубины и скорости обычно возникает размыв. Даже небольшие ручейки (с расходом 0,5 л/сек), имеющие ско­ рость 1 м/сек, могут вызывать эрозию между кустиками травы,

особенно на почвах пылеватого состава.

Ниже приводится перечень основных внешних признаков, по которым можно установить контуры рабочих участков лесных на­ саждений и- склонов, покрытых травянистой растительностью.

Л е с н ы е р а б о ч и е у ч а с т к и : а) следы потока отсут­ ствуют; б) подстилка ие деформирована, видны следы отложив­ шихся растительных остатков и намытой почвы; в) на подстилку отложилась смытая почва мощностью более 3—5 см\ г) смыт слой вновь отложившейся подстилки; д) подстилка сильно дефор­ мирована, местами снесена и отложена вместе с растительными

остатками и смытой почвой в виде нагромождений различной формы и величины; е) подстилка полностью смыта, почва оголена; ж) имеют место смыв и размыв почвы.

Р а б о ч и е у ч а с т к и на з а л у ж е н н ы х с к л о н а х а) под покровом травы видны следы отложения смытой почвы; б) траво­ стой в той или иной степени заилен; в) травостой прижат ко дну русла, по сторонам отложен ил и растительные остатки; г) под растительным покровом имеет место мелкоструйчатый размыв;

Рис. 14. Густоіі подлесок способствует расчленению потока, задер­ жанию стока и уменьшению его эродирующей способности

д) травостой в различной степени уничтожен струйчатым размы­ вом; е) .травостой полностью уничтожен, происходит русловая эрозия.

В связи с тем, что глубина, скорость, структура и направление потока изменчивы, при установлении контуров рабочих участков необходимо учитывать отдельно следы старых и новых потоков (промоины, нагромождения подстилки, ее строение и др.). Пере­ численные признаки могут иметь место на одном и том же рабо­ чем участке.

Наилучшим временем для установления контуров и площади рабочих участков является ближайшее время после прохождениястока талой или ливневой воды, пока свежие следы не покрылись травой или опавшими листьями зимнего дуба, не уничтожены скотом.

КОНФИГУРАЦИЯ РАБОЧИХ УЧАСТКОВ

ИЕЕ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ РЕЛЬЕФА

ИСПОСОБОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ГРАНИЦ ЛЕСА

Конфигурация рабочих участков в значительной мере зависит' от формы поверхности склонов, способа н места размещения па них стокоударных границ леса, стокосбросных участков и водо­ сборных нагрузок.

размещения стокоударных границ леса, при горизонтальном размещении границ на склонах:

а, д,, д* — вогнуто» и б, бі — выпуклой формы; при поперечном размещении граішц'па склонах: в, в,, ва — вогнутой н д, дх — выпуклой формы; е, ех, е3, ж, жх, к, лх, — при вогнутом н угловом размещениях границ и з — горизонтальном на прямом склоне; при прямолинейном размещении на склонах расчлененных: л, м — ложбинами к мх — раз­ моинами

При горизонтальном размещении стокоударных границ на по­ перечно-вогнутых склонах форма и характер рабочих участков за­ висят от величины поперечных уклонов. Чем больше вогнутость стокосбросных участков, тем менее равномерно распределены стокосбросные нагрузки. На склонах, имеющих небольшую вогну­ тость, сток через горизонтальную границу поступает в лес относи­ тельно широким фронтом и донный поток не возникает или имеет относительно небольшую глубину. В лесу сток и смытая почва в этом случае распределяются вблизи границы (рис. 15, а). С уве­ личением поперечной крутизны усиливается потокоформирующая роль боковых водосборов. В пониженной части происходит обра­ зование донного потока. Под пологом леса ему соответствует дон-

чительный (менее 1°), рабочий участок под влиянием частых пово­ ротов и расчленения на рукава приобретает сложную форму. Таким образом, эффективность горизонтального размещения сто­ коударных лесных границ уменьшается по мере увеличения укло­ нов поперечно-вогнутого склона.

Форма рабочих участков в ложбинах, образующихся ниже поперечно размещенных границ, так же как и верхняя их ширина

Рис. 16, Примеры донных лесных рабочих участков

(длина стокосбросного участка), зависит от степени вогнутости горизонталей. При небольшой крутизне поперечных уклонов сток поступает через стокосбросиой участок относительно широким фронтом, обусловливая соответствующую форму стокосбросного участка (рис. 15, ѳ). По мере увеличения крутизны боковых скло­ нов потокоформирующая роль ложбин и наклонных границ уве­ личивается, вследствие чего рабочий участок приобретает клино­ видную (рис. 15, ві) или русловидную форму (рис. 15, бг).

Вогнутые в плане стокоударные границы, размещенные на по-, перечно-прямых склонах, также способствуют образованию рабо­ чих участков, по форме похожих на описанные выше (рис. 15, в, 15,6]). При угловом сбросе длина стокосбросного участка умень­ шается, концентрация стока усиливается и в лес поступает сброс­ ной поток, придающий рабочему участку русловидную форму (рис. 15, вг). Однако на поперечно-прямых и выпукло-прямых скло-

нах такая форма вследствие веерообразного растекания сохраня­ ется на небольшом протяжении. Если уклон стокоударной гра­ ницы уменьшается и возникает боковой наклонный сброс стока, рабочие участки также имеют клиновидную форму. Их длина тем больше, чем больше разница уклонов и резче меняется направле­ ние границы (рис. 15, к, л\, л2).

Влияние многих постоянно и временно действующих факторов на перераспределение стока как до, так и после его сброса в лес обусловливает большое разнооб­ разие форм рабочих участков Однако для всех случаев харак

терна общая закономерность: чем больше концентрация стока, по­ ступающего в лес, тем большую длину имеют рабочие участки, и наоборот, при -широкофронтальном сбросе стока длина их резко уменьшается. Эта общая зависимость, как мы увидим ниже, имеет решающее значение при определении минимальной ширины на­

саждения.

На рис. 16 приведены примеры донных лесных рабочих участ­ ков, имеющих в основном клиновидную форму. Их ширина зависит от длины стокосбросных участков. С увеличением расхода стока длина стокосбросного участка увеличивается и тем быстрее, чем больше крутизна боковых уклонов. При донном сбросе меньшего потока сток будет поступать в лес через участок В, а при боль­ шем— В 1 (рис. 17). При увеличении крутизны боковых склонов и дна русла ширина стокосбросного участка соответственно умень­ шится. Несмотря па расширение стокосбросного участка с В до В ь увеличение расхода стока увеличивает также длину рабочего уча­ стка с а до а{.. В рассматриваемом примере на сток также ока-

N

зывает влияние отвершек размыва. Если на участке а% сток через бровку вершины размыва поступает на его дно, то здесь может происходить повторная концентрация стока в узком русле и уси­ ление эрозии.

Перенесение стокоударной границы вниз по склону, где влия­ ние боковых уклонов и дна ложбин увеличивается, приводит к уменьшению длины донного стокосбросиого участка и ширины рабочего участка, а также увеличению длины последнего. Увели­ чение глубины потока выше отверіііка оврага является одной из причин дальнейшего его роста в длину.

Поскольку клиновидная форма рабочих участков имеет наибо­ лее широкое распространение, опа принята в качестве эталона для расчетов.

Если на пути движения потока на ровном облесенном склоне встречаются поперечные рубежи в виде старых напашных гребней, то вода растекается вдоль них, в результате чего ширина рабочего участка увеличивается, а их форма приобретает ступенчатый ха­ рактер (рис. 18).. Наклонные рубежи в лесу способствуют по­ вторной концентрации стока, а также отводу потоков и сбросу их в стороне от прежнего направления. Особенно опасны в этом от­ ношении разъемные борозды в междурядьях лесных культур.

Площадь рабочего участка и его измерение

Для исследовательских и практических целей необходимо опре­ делять величину площади рабочего участка. Условно он обозначен буквой К. Как и- всякая поверхность, он имеет два измерения — длину и ширину.

Средняя ширина площади клиновидной (треугольной) формы равна произведению половины основания на высоту. Так как осно­

Чтобы определить площадь рабочего участка, имеющего слож­ ную конфигурацию, производится ряд замеров (через 1, 5 или 10 м) с учетом наиболее широких и узких мест. - Одновременно ведется абрис на масштабной сетке. Вначале, в зависимости от геометрической формы отдельных участков, определяют их пло­ щадь, а после суммирования получают общую площадь. Поверх­ ность облесенной площади в виде островков и полуостровков (бо­ лее 0,5—1 м2), не участвующих в распылении потоков и фильтра­ ции воды, из общей площади рабочих участков исключается. Длина рабочего участка а вычисляется как сумма длин измерен­ ных участков.