|
|
В современном понимании противо-
эрозионный комплекс включает организационно-хозяйственные, агротехнические,
луго- и лесомелиоративные, гидротехнические мероприятия и сооружения. В его
основе лежат зарегулирование хозяйственно- целесообразного слоя
поверхностного стока и безопасный сброс остаточного стока или снижение
скорости ветра до пределов, ио ключающих выдувание почвы и образование
двухфазного потока. Системы защитных лесных насаждений являются организующей
структурой противо эрозионного комплекса, закрепляя границы угодий и
определяя направление обработок почвы, повышают эффективность агротехнических
и гидротехнических мероприятий, оказывают положительное влияние на
оптимизацию современных лесоаграрных ландшафтов.
Проектирование лесных насаждений в комплексе
противоэрозионных меропритий базируется на ряде принципов, главными из
которых являются: зональность систем лесных насаждений и соответствие их
целевому назначению; системность структуры; оптимальность параметров
насаждений и размещения их по элементам рельефа; научно обоснованное
сочетание лесных насаждений с другими элементами противозрозионного
комплекса; технологичность и экономичность создания насаждений; учет
социально-экологических факторов и перспектив развития региона. Эти принципы
имеют различное выражение в зависимости от природных условий региона,
направления и интенсивности ведения
сельского хозяйства в нем, уровня развития промышленности,
плотности населения, лесистости территории и многих других факторов.
Зональность системы защитных лесных насаждений вызвана
двумя группами факторов: специфичностью проявления эрозионных процессов и
вызывающих их причин (ветров, талых и ливневых вод), а также зональностью
лесорастительных условий. На значительной территории Советского Союза
преобладает водная эрозия от стока талых вод. В районах с неустойчивым
снежным покровом (юг Украины, Молдавия, Северный Кавказ) более разрушительна
ливневая эрозия. В ряде районов страны проявляются одновременно эрозия от
талых и ливневых вод. Большие площади земельных угодий подвержены
разрушительному действию дефляции. Чаще всего она проявляется на легких
карбонатных почвах и песках на юге и юго-востоке европейской части СССР, в
Казахстане, Западной Сибири и Средней Азии, принося большой ущерб народному
хозяйству. Против о эрозионные лесные насаждения в районах дефляции
(преимущественно равнинных) проектируются в виде системы полезащитных лесных
полос.
Системы противоэрозионных лесных насаждений в зонах
преобладания ливневой эрозии создаются с целью снижения скорос ти водных
потоков, кольматажа твердого стока, защиты сельскохозяйственных угодий от
пыльных бурь и суховеев, частичного поглощения стока. Основным назначением
защитных лесных насаждений в зоне эрозии от талых вод является регулирование
снегоотложения на полях, поглощение жидкого и твердого стока, защита полей от
суховеев и пыльных бурь. Исходя из определенного различия в целевом назначении
противоэрозионных лесных насаждений по зонам эрозии, они должны отличаться
конструкцией структурой, породным составом, сопряжением с другими элементами
почвозащитного комплекса. По исследованиям МолдНИИПа, полезащитные
водорегулирующие лесные полосы при сильных ливнях поглощают лишь часть
поверхностного жидкого и твердого стока. С увеличением густоты подлеска
(гидравлической шероховатости) кольматация твердого стока возрастает.
Совмещенные с лесными полосами гидротехнические устройства (канавы, валы) малоэффективны,
так как заиливаются одним-двумя ливнями. Поэтому здесь рекомендуется
создавать водорегулирующие полосы из кустарников: малины, бирючины и др.
В районах преобладания эрозии от талых вод решающее
значение имеет водопроницаемость почв в период снеготаяния, во многом
зависящая от срока установления и мощности снегового покрова. Создавая лесные
полосы продуваемой и ажурно-продува- емой конструкции, можно достичь
равномерного и максимального снегоотложения на полях, чем уменьшается глубина
промерзания почв и повышается их водопроницаемость. Слой стока с полей
светропро- ницаемыми лесополосами обычно на 10- 15 мм меньше, чем с полей, окаймленных плотными полосами. Усиление водопогло- щения в таких полосах
обеспечивается сопряжением их с гидротехническими проти- воэрозионными
устройствами (валами, валами-канавами, распылителями стока). Эту же цель
преследуют предложения о создании в ветропроницаемых полосах густого кустарникового
подлеска по ложбинам.
Максимальным мелиоративным эффектом обладают системы
взаимоувязанных защитных лесных насаждений, определенным образом
расположенных на местности. Основными видами лесных насаждений в составе
противоэрозионных комплексов являются:
1. Полезащитные водорегулирующие лесные полосы,
создаваемые на склонах крутизной более 1,5—2°, а в районах интенсивного
проявления водной эрозии — более 1°. Их проектируют для регулирования
ветрового, теплового и водного режима на склонах крутизной до 8—10°. В
зависимости от основного назначения лесные полосы сочетают с водозадерживаю-
-цими и водонаправляющими гидротехническими сооружениям!. Первые создают в
районах со сравнительно небольшие объемом стока (до 80-100 мм при 10%-ной вероятности превышения). Вторые — в районах с очень 6OJ ыним стеком (За ладная
Сибирь, лесная и частично лесо степная зона европейской части СССР).
2. Прибалочные лесные полосы вдоль обеих бровок
суходольного звена гидрографической сети, а при невыраженной бровке — на
участке склона Kpv-изной 8—10°. Назначение — снегораспределение на прилегающих
полях, предотвращение сноса снега в балку, поглощение остаточного жидкого и
твердого стока с полей, мелиоративное влияние на приле1акмгие угодья.
Приоалочные лесные полосы не создают при слабом прояв: еник эрозионных
процессов, а также при размещен™ лесных насаждений на берегах балск.
3. Приовражные лесные полосы вдолъ бровок крупных
оврагов, непс бедственно у бровки (происходящее ее обрушение и сползание
крайних рядов насаждения ь овраг не снижает его эффективности, приводя к
довольно быстрого у естественному обл ;сению оврага) или в 3—5 м от Зронки.
Приовражные лесополосы регулируют снегоотложения на прилагающих полях,
поглощают сток с полей, с шжают скорость роста оврагов в ширину
4. Водорегулирующие береговые лесные полосы на
относительно пологих и длинны?' берегах балок с целью снижения эросионных
процессов, мелиоративного влияния на травостой лугопастбищчыу угодий
5. Береговые .лассивные лесные насаждения в балках
на непригодны:: для сельскохозяйственного использования участках. 1'азначение
— предотвращение эроз* онны к процессов, восстановление плодородия смытых
почв. Одновременно такие массивы используют в хозяйстве, они могут служить
регерватэм диких животных, местом отдых людей.
6. Гасаждения-илофильтры по днищам оврагов и балок
для кольматации твердого стока. Отложения смытой почвы по дни щам дости гают
значительных величин Даже при допустимой норме смыв„ почвы с водо сбора (2—4
т/га) и соотношении площади дка балки и площади водосбо~>а 1: 75 -100
ежегодные отложения составят около 3 см [95]
7. Лесные насаждения по дну и откосам оврагов для
их закрепления, создания мео- тообитаний диких животных.
8. Лесныь насаждении вдсль рек, вокруг прудов и
родоемов, сокращающие их заиление, непродуктивное испарение с водной
поверхности, уменьшающие разрушение плотин и берегов от взлнобоя.
Перечисленными видапи не исчерпываемся все разнообраз! t
поотивоэрозионных лесных насаждений. В их шсло могу'х входить также
снегораспределительные кустарник ос ые кулисы, насаждения на бонусах вьшоса,
верхние, средние и нижние береговые насаждения и пр. Только система
взаимоувязанных взат ;одополняющих лесных насаждений обесгеччвает
максимальный мелиоративньп: эффект. В го же время не исключается в отдельных
случаях возможность проектировании только некоторых видов лесных t асаждений.
Действующими союзными инструктивными указаниями даны
придепжки некоторых параметров прстивоэрозионных ?ащитных наса ждений и их
систем: ширинг. и конструкция лесных полос, межполосные раса ояния В Респубз
иканских инструктивных указаниях для РСФСР парамег ры насаждений и их систем
предложено определять гидрологическими расчетами, хотя и не указаны методики
расчетов. Ширину водорегулирующих и прибавочных лесных полос обычно
определяют, исходя из условия полного перехвата поверхностного стока с
вышележащего участка склона, что зависит от его длины и уклона, инфилИ1ра-
ционной способности почв и др'лгих показателей. При этом в расчетах
получаются самые различные результаты, не всегда приемлемые для прак
гического использования в связи с боль пил значением ширины лесонасаждений.
Недостатком первой формулы является то, что в нее входит
большое количество динамических показателей, определение которых в натуре
затруднено. Вторая формула совершенно не учитывает влияния лесных полос на
межполосный участок склона. Обе формулы также исходят или из полного
поглощения поверхностного стока или из допустимых неразмывающих скоростей
водного потока, допустимой величины смыва почвы.
Известно, что в преобладающем большинстве случаев
поверхностный сток в лесную полосу поступает по ложбинам концентрированными
потоками. В этом случае впитывание стоковых вод наблюдается непродолжительное
время по дну ложбин. Для повышения водопоглощения в лесополосе их совмещают с
простейшими земляными гидротехническими сооружениями. Максимальное
водопоглощение в лесной полосе в этом случае наблюдается, когда ширина прудка
будет равна ширине лесополосы.
Применяя зависимость В = (/гр)/г, где В — ширина лесной
полосы, м; hp — рабочая высота земляного вала, м; / — уклон поверхности
равный tga. Принимая гидрологически целесообразные значения рабочей высоты
земляного сооружения, несложно рассчитать ширину лесных полос
Для выявления оптимальной ширины лесных полос в 1976-1980
гг. ВНИАЛМИ провел водобалансовые исследования на комбинированных стоковых
площадках. Установлено, что в лесостепной зоне уменьшение ширины лесных
полос, сопряженных с гидротехническими устройствами, с 15 до Юм не .вызвало
существенного увеличения стока талых вод, а дальнейшее уменьшение ширины (до 7,5 м) приводило к возрастанию стока. На обыкновенных черноземах северной степи лесные полосы шириной
9—12 м успешно регулировали сток как в средневодный 1977-1978 гг., так и в
многоводный 1978- 1979 гг. При уменьшении ширины полосы до 6 м сток резко возрастал. На каштановых и светло-каштановых почвах сухой степи уменьшение ширины
лесной полосы с 15 до 9 м также не влекло за собой существенных изменений в
формировании и поглощении стока.
При создании систем защитных лесных насаждений на склонах
одним из основных вопросов является определение межполосных расстояний.
Поскольку лесные полосы на склонах дожны сочетаться с простейшими
гидротехническими сооружениями, с их помощью склон разделяется на
изолированные друг от друга участки, ширина которых должна определяться из
условия недопущения размывающих скоростей водных потоков.
В гидравлике существует ряд зависимостей для определения
предельной минимальной скорости воды при начале размыва, которые применяют в
практических расчетах при использовании формулы А.Н. Костякова где расстояние
между лесными полосами на склонах, м/с; Уи средняя неразмывающая скорость
течения воды, м/с; т коэффициент избо- рожденности поверхности склона
(изменяется от 1 до 2); С~7...30 у/Т - коэффициент, зависящий от уклона и
шероховатости; i — уклон; п - коэффициент стока; х - интенсивность осадков
(снеготаяния), м/с.
Недостатком этой формулы является то, что она выведена для
определения рас- стояний между гидросооружениями и не учитывает общего
мелиоративного влияния водорегулирующих лесных полос, которое выражается не
только в поглощении стока под своим пологом, но и в уменьшении его (а значит,
и смыва) с участков склона, расположенных выше лесных насаждений, за счет
улучшения водно-физических свойств почвы, водоудерживающей способности
опушечных снежных шлейфов, уменьшении глубины промерзания почвы и др. Кроме
того, формула не учитывает и форму профиля склона, которая оказывает большое
влияние на формирование стока. Поэтому, зависимость А.Н. Костякова может быть
представлена в виде: где К коэффициент мелиоративного влияния лесных полос,
по данным ВНИЛЛМИ, равен в среднем 1,07; Кф коэффициент формы профиля склона
(для выпуклых склонов Кф = = 1 -.1,25; для вогнутых Кф = 1 ...0,75).
По обобщенным литературным данным и на основании
экспериментальных исследований ЬНИАЛМИ, показатели, входящие в эту формулу,
имеют значения, указанные в табл. 13. Округленные значения межполосных
расстояний, рассчитанные по ней при прямой форме поперечного сечения склона
(/<ф = 1), с использованием показателей табл. 13, приведены в таблице 14
(без учета осуществления противоэрозион- ных агротехнических мероприятий на
межполосных участках пахотных склонов).
Экспериментальная проверка расчетов оптимальных
межполосных расстояний подтвердила их правильность. Приведенные в табл. 14
показатели межполосных расстояний обеспечивали надежное регулирование стока
даже в многоводные годы. Лесные полосы с названными параметрами сокращали
смыв до хозяйственно допустимых величин, улучшали водный режим корне оби таем
ого слоя почвы, повышали урожай сельскохозяйственных культур.
Высокая эффективность систем защитных лесных полос с
оптимальными параметрами подтверждена в процессе производственного их
освоения на водосборах ОПХ Поволжской АГЛОС. По исследованиям за 1971 — 1977
гг. на водосборе с системой защитных лесных полос, имеющей параметры близкие
к оптимальным, среднегодовой смыв почвы не превышал 0,2 м3/га, а коэффициент
стока - 0,05. За этот же период на контрольном водо
сборе смыв почвы был в 4 раза выше, а коэффициент стока
достигал 0,18
Наиболее эродируемой частью водосбора является суходольная
гидрографическая сеть. Исследованиями установлена оптимальная лесистость
балок, при которой эрозионные процессы не превышают допустимых величин, а
площадь используется наиболее рационально. Для Среднерусской возвышенности
оптимальной лесистостью балок считается 40% с колебаниями от 8 до 92%, в
зависимости от состояния эрозионных процессов.
Оподзоленные и выщелоченные черноземы Черноземы
обыкновенные Черноземы южные Каштановые почвы Светло-каштановые почвы
По исследованиям Молдавской ЛОС средняя оптимальная
почвозащитная лесистость составляет 5,6% с колебаниями по природным районам
от 4 до 8,4%. Оптимальная площадь лесных полос на склонах составляет 8,3%
(5,1-9,7%). При разной крутизне склона она составляет: 2—6° — 3,4-5,5%;
6-10°-10%; свыше 10°-15,5%. Для лесомелиорации пахотных склонов Белоруссии с
водопроницаемой подпочвой рекомендуется оптимальная лесистость территории:
при склонах крутизной 2-6° на супесчаных почвах 3,3-6,3%, на суглинистых
4,3-8,3%. На склонах крутизной 6—12° этот показатель составляет 5,4— 10%
соответственно. На участках с водонепроницаемой подпочвой эти показатели на 10—15%
выше. Для выпасных угодий в балках со смытыми почвами на склонах крутизной
12—21° оптимальная лесистость составит 8,3-16,6%.
|