Выбор основных размеров сети лесных полос

Как указывалось выше, большая часть лесных полос одновременно выполняет различные функции, поэтому определять их размеры приходится из расчета как на ветроломное, так и на водопоглощающее действие. При расчете расстояний между лесными полосами следует учитывать и их противоэрозионную функцию.

Ширина встроломных лесных полос. Исследования показали, что наилучшее ветроломное действие оказывают лесные полосы шириной от 8 до 25 м.

1. В засушливых местностях, где лесным полосам трудно бороться со степными травами, они должны проектироваться более широкими, чем в местностях с обеспеченным увлажнением. По этому принципу построена карта (рис. 1). Для определения ширины лесных полос надо найти на ней местность, для которой ведется проектироване, и определить, к какому типу климата по степени подверженности суховеям она относится.

Рис. 1. Районирование по суммам среднедекадных дефицитов влажности за вегетационный период, мм. Римские цифры - порядковые номера типов климата, выделенных по указанному признаку. Арабские цифры между изолиниями: в числителе ширина лесных полос, м; в знаменателе оптимальные размеры межполосных клеток, рекомендуемые для данного типа климата, м (ширина и длина)

Эти типы местности на карте пронумерованы римскими цифрами от I (наименее суховейные) до V (наиболее суховейные). В пределах каждого типа на карте проставлена дробь, числитель которой и показывает рекомендуемую ширину лесной полосы в метрах.

2. При наличии местных особенностей, создающих отклонения от типичных условий данной зоны, в цифру, полученную способом, указанным в п. 1, следует вносить поправку. Так, например, при высоком уровне грунтовых вод, доступных для корней деревьев и заметно улучшающих лесорастительные условия, ширину лесных полос можно уменьшать, но не более чем до 10 м.

В местностях, особо подверженных пыльным бурям, таких, как, например, некоторые районы Башкирской АССР или так называемые Армавирские Ворота на Северном Кавказе, ширину лесных полос целесообразно увеличивать, но не более чем до 20 м.

Ширина лесных полос, имеющих функцией поглощение ливневого стока. Как известно, ширина водопоглощающих и противоэрозионных полос не должна выходить за пределы 20—60 м.

3. Расчеты показывают, что для полного поглощения ливневого стока взрослой лесной полосой, находящейся в хорошем состоянии, в ряде случаев достаточно ширины меньше 20 м. В других случаях даже ширина в 60 м является недостаточной. Однако в тех случаях, когда при расчете по кривым получена величина меньше 20 м, ее следует увеличить до 20 м; если же получена цифра, превышающая 60 м, то ее надо уменьшить до 60 м.

Увеличение ширины лесной полосы до 20 м никогда не приносит вреда. При такой ширине водопоглощающая способность полосы оказывается больше, чем это необходимо для поглощения наиболее сильных ливней, выпадающих ежегодно. Полоса может впитать даже воду исключительных по силе ливней, случающихся один раз в несколько лет. Уменьшение же ширины до 60 м, если расчет дал большой результат, неизбежно приводит к прорывам стока при сильных дождях.

Коэффициент эффективности лесной полосы - отношение принятой ширины (60 м) к полученной по кривым — всегда меньше единицы (или в лучшем случае ей равен). Чем он меньше, тем чаще будет сток прорываться через лесную полосу.

В тех случаях, когда для соблюдения ширины лесной полосы в пределах 20—60 м приходится принимать коэффициент эффективности меньше единицы, надо стремиться уменьшить опасность прорыва стока с помощью агротехнических мероприятий, устройства прерывистых канав в самой лесной полосе и в крайнем случае путем сооружения водоотводных валов.

4. При выборе ширины водопоглощающей лесной полосы из расчета на ливневый сток особенно важно учитывать следующие местные особенности:
1) интенсивность и продолжительность ливней (учитываемые совместно),
2) водопроницаемость почвы и
3) средний уклон межполосного пространства.

Интенсивность (и продолжительность) ливней определенной повторяемости, характерная для обширных районов, может быть получена расчетным путем по формуле, предложенной Г.А. Алексеевым (1948), и по дополняющей эту формулу карте, составленной М. А. Великановым (1948). По этому расчету юг Европейской территории СССР (ЕТС) можно разделить на зоны слабой, средней и сильной интенсивности ливней годичной обеспеченности.

При этом слабая их интенсивность оказывается характерной для северо-западных и юго-восточных районов ЕТС, а сильная - для Предкавказья, севера Молдавии и юга Украины, за исключением Северного Крыма. Для остальной части ЕТС типична средняя интенсивность ливней.

Водопроницаемость почвы определяется по приведенной выше табл. 1 и характеризуется, как было показано, классом, обозначаемым римской цифрой от I (наименьшая водопроницаемость) до V (наибольшая). Для определения водопроницаемости надо знать генетический тип и механический состав почвы. Проектировщик может это выяснить по крупномасштабной почвенной карте землепользования или по материалам обследования местности, предшествовавшего проектированию сети насаждений.

Средний уклон определяется по расстоянию между горизонталями на топографическом плане, а если его нет, то путем измерения на местности любым из известных в топографии способов. Вычисление среднего уклона имеет смысл лишь в этом случае, если уклоны в пределах выделенного однородного участка не слишком различны (не выходят за пределы 1.52°).

Если различия по простиранию склона более значительны, это показывает, что операция 2 (см. "Порядок проектирования”) проведена неправильно: части выделенного участка неоднородны, их надо разделить и вести расчет для каждой из них отдельно.

Изменение крутизны вдоль склона не требует дальнейшего дробления участка, так как проектируемые лесные полосы сами его разделяют на более однородные части. Значительное увеличение уклонов вдоль линий стока при предлагаемой системе расчета автоматически приближает очередную лесную полосу к расположенной выше.

5. Когда все три главные характеристики ливневого стока (интенсивность, продолжительность, повторяемость) определены, ширина лесной полосы находится на графике (рис. 2). На нем каждая кривая соответствует определенному сочетанию типа климата (величина А) и почвы (класс водопроницаемости).

Рис. 2. Зависимость ширины лесных полос от крутизны склона при разных сочетаниях водопроницаемости почв (группы I—III) и интенсивности ливней (А, группы 3-5). Пунктирные линии соответствуют верхней и нижней границам принятых значений

Сочетания указаны у правых концов кривых. Уклоны (в градусах и тангенсах) отложены по оси абсцисс. От заданного среднего уклона надо восстановить перпендикуляр до пересечения с нужной кривой, а затем от точки пересечения опустить перпендикуляр на ось ординат и прочитать на ней полученную ширину лесной полосы.

Горизонтальная полоса на рис. 2, заключенная между двумя пунктирными линиями, соответствует установленному интервалу ширины лесных полос (от 20 до 60 м). Если найденная ширина не ложится в этот интервал, надо поступать, как указано в п. 3.

Может оказаться, что местность, для которой ведется проектирование, попадает как раз на границу двух значений величины А (или очень близко от нее). Может также случиться, что в районе проектирования развиты почвы промежуточного типа, которые могут быть отнесены к двум соседним классам водопроницаемости. В этом случае надо определить ширину лесной полосы для обоих (или всех четырех) соседних вариантов и взять среднее.

6. Сильные ливни, положенные в основу расчета, имеют, как правило, небольшую измеряемую минутами продолжительность. Такой же порядок величин имеет и длительность остаточного стока, т.е. стока, продолжающегося после окончания ливня до тех пор, пока не впитаются остатки выпавшей воды.

За время ливня и остаточного стока дождевая вода успевает пробежать некоторое расстояние, тем большее, чем менее водопроницаема почва и чем круче уклон. Если лесные полосы расположены далеко одна от другой, то верхняя полоса никак не влияет на водопоглощение стока нижней полосой, так как он впитывается в почву, не успев пройти все межполосное пространство. Если же полосы достаточно сближены, верхняя перехватывает часть стока, который при ее отсутствии добежал бы до нижней.

Таким образом, она облегчает работу нижней полосы и позволяет сделать ее более узкой, что всегда желательно с точки зрения необходимости уменьшения расхода пахотопригодной площади, отводимой под лесонасаждения.

Ширина лесных полос, определяемая по способу, указанному в п. 5, соответствует тому случаю, когда воздействие верхней полосы на нижнюю отсутствует. Для дополнительного учета этого воздействия в тех случаях, когда на него можно рассчитывать, построен график (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость ширины лесной полосы от ширины межполосного пространства из расчета на ливневый сток при различной крутизне склона Прямоугольник. ограниченный пунктирной линией, соответствует области разрешенных значений В и в. Включая район мелкоконтурной пашни

На этом графике каждая кривая соответствует сочетанию указанных выше трех факторов. Например, кривая, у правого конца которой написано I 3—0,12, соответствует местности, почвы которой относятся к I классу по водопроницаемости, сила ливней характеризуется величиной А = 3, а средний уклон (в тангенсах) — 0,12; кривые построены для уклонов от 0,02 до 0,12 с интервалами через 0,02. Для всех сочетаний, заведомо позволяющих создавать водопоглощающие лесные полосы шириной меньше 20 м, в частности для почв IV и V классов по водопроницаемости, кривые не построены. По оси абсцисс отложены межполосные расстояния В, которые предполагаются заданными, по оси ординат - искомые значения ширины лесных полос b.

Чтобы определить ширину лесной полосы по графику (см. рис. 3), следует найти на нем такую кривую, для которой все три условия наиболее близки к условиям проекта. Затем на оси абсцисс находится точка, соответствующая принятому расстоянию между лесными полосами, и из нес восстанавливается перпендикуляр до пересечения с выбранной кривой. Из точки пересечения с этой, кривой надо опустить перпендикуляр на ось ординат и прочитать на ней найденную ширину лесной полосы.

На рис. 3 пунктирной линией выделена область допустимых значений величин b и В. Она ограничена не только сверху ( b = 60 м) и снизу (b = 20 м), как на рис. 2, но также справа (В = 600 м) и слева (В = 100). Последнее объясняется тем, что ширина межполосных клеток не может быть более 600 м, так как при превышении этой величины они не обеспечивают ветроломного воздействия лесной полосы (см. ниже); их ширина не может быть меньше 100 м, даже для кормовых почвозащитных севооборотов (а для полевых — меньше 200 м), так как в этом случае механизированная обработка поля становится слишком затруднительной.

Во всех случаях, когда перпендикуляр, восстановленный к оси абсцисс, попадает на горизонтальный участок выбранной кривой, результат получается тот же, что и при определении ширины лесной полосы по рис. 2. Это значит, что в данном случае лесные полосы не настолько сближены, чтобы влиять друг на друга, и уменьшать ширину нижней из них нет оснований. Если одно из трех природных условий, выделяемых на графике, попадает на середину между теми его значениями, для которых вычерчены кривые, надо сделать два измерения и взять среднее.

7. При проектировании водопоглощающих полос необходимо стремиться располагать их вдоль горизонталей. Однако горизонтали, как правило, имеют форму кривых, непараллельных друг другу, а также водоразделам и бровкам гидрографической сети. Длинные же стороны полей (за исключением участков ленточного земледелия) должны быть прямыми. Поэтому на практике сплошь и рядом приходится располагать лесные полосы и их участки под некоторым углом к горизонталям.

Если участок лесной полосы, непараллельный горизонталям, значителен (более 200-300 м) и угол отклонения велик (более 10-15°), в расчет ширины полосы следует внести поправку.

Когда опушка лесной полосы запущена и вдоль нее тянутся дороги, борозды, напаши и т.п., то при малейшем отклонении полосы от горизонтали сток поворачивает вдоль опушки и лесная полоса теряет всякое водопоглощающее значение. Но при благоустроенной опушке сток проникает в лесную полосу даже там, где она протягивается под значительным углом к горизонталям. В этом случае сток пересекает ее наискось, т.е. проходит по₄пути более длинному, чем ширина лесной полосы b. Это обстоятельство можно учесть при расчете и сделать полосу более узкой.

Если на рис. 4 угол между лесной полосой и горизонталью обозначить через γ, то ширина лесной полосы b = b_э cos γ, где b_э (путь стока в лесной полосе) как раз та величина, которая находится способами, указанными в пунктах 5 и 6. Так, если, согласно п. 6, найдена ширина горизонтальной полосы b_э = 40 м, а ее пришлось запроектировать под углом к горизонтали у = 30°, то мы можем принять b = b_э cos 30° = 40 • 0,87 = 35 м.

Рис. 4. Благоустроенная верхняя опушка водопоглощающей лесной полосы: 1 — куртины кустарников; 2— полоса дерна; 3 - граница снежного шлейфа; 4 - то же, рамки сеяных трав; 5 — направление стока; 6 – горизонтали

Не следует думать, что при уменьшении ширины лесной полосы за счет непараллельности к горизонтали получается выигрыш в площади облесения. Площадь останется такой же, как при лесной полосе, идущей вдоль горизонтали, так как длина наклонной полосы (Л) во столько же раз больше длины горизонтальной (Л_э), во сколько ширина ее (b) меньше ширины горизонтальной (b_э). Но, если поправку не ввести, площадь облесения будет без надобности завышена.