Способ определения оптимальной ширины лесной полосы при реконструкции

 

Изобретение относится к защитному лесоразведению. Цель изобретения - повышение точности определения. Проводят вырубку деревьев лесных полос (ЛП), уменьшая ширину ЛП до оптимального значения. Определяют оптимальную ширину ЛП путем сравнения зашитной эффективности вариантов реконструкции ЛП по трем критериям: степени снижения горизонтальной скорости ветра и размерам зоны влияния ЛП на -горизонтальную скорость (ветрозащитная эффективность), .степени снижения сдвигового напряжения ветра у поверхностн почвы (почвозащитная эффективность), протяженности зоны, в пределах которой вертикальная скорость ветра направлена к поверхности , 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 поверхиость растительности, которые определяют экспериментально для типовой ЛП. Выбор окончательного варнан- ;та конструкции ЛП осуществляют исходя из оптимального сочетаиия всех защитных свойств. I з.п. ф-лы, I табл. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .. РЕСП БЛИК

„„SU„î 1410912 А 1 цц4 А 01 б 2300

ГС1СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 Д, ".-", )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ; .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2l ) 3999932/30-15 (22) 1 7.09.85 (46) 23.07.88. Бюл. № 27 (71) Агрофизический научно-исследовательский институт и Научно-производственное объединение «Нива Ставрополья> (72) И. Б. Усков, И. В. Литвина и А. Ю. Раков (53) 634.0.266 (088.8) (56) Лесная культура и мелиорация. Изд.

2-е Под ред. В. В. Ошевского. — М.: Лесная.промышленность, 1974, с. 302 — 304. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ ЛЕСНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к защитному лесоразведению. Цель изобретения — повышение точности определения. Проводят вырубку деревьев лесных полос (ЛП), умень- шая ширину ЛП до оптимального значения.

Определяют оптимальную ширину ЛП путем сравнения защитной эффективности вариантов реконструкции ЛП rio трем критериям; степени снижения горизонтальной скорости ветра и размерам зоны влияния ЛП на

-горизонтальную скорость (ветрозащитная эффективность), .степени снижения сдвигового напряжения ветра у поверхности почвы (почвозащитная эффективность), протяженности зоны, в пределах которой вертикальная скорость ветра направлена к поверхности, 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, которые определяют экспериментально для типовой JIll. Выбор окончательного вариан:та конструкции ЛП осуществляют исходя из .оптимального сочетания всех защитных свойств. з.п. ф-лы, l табл.

1410912

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к защитному лесоразведению.

Целью изобретения является повышение точности определения оптимальной ширины лесной полосы при 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. — $ (Р„(2)

2ьР с,г 3 01

riie H — высота лесной полосы.

Входящее в формулу (1) значение скорости и находят по результатам трех десятиU фд Н+ Z

Еф„+ Е

Н 1n — — ——

Z„

Используя измерения скорости флюгера, определяют динамическую скорость набегающего потока v с помощью соотношения

V фл +Za

u, — — 1п — — — — (3)

0,4

9 где и параметр шероховатости, выбираемый в зависимости от сельскохозяйственного фона с наветрекной стороны. 35

Затем проводят таксационное обследоваwe лесной полосы, для чего закладывают в полосе пробные площадки, число и размеры которых зависят от вида насаждений и требуемой точности исследования для обеспечения статистической значимости полученных результатов. Обычно при коэффициенте вариации площадей суммы сечений у однородных насаждений, равном 3 — 10%, отбирают десять, пробных площадок для обес- 45 печения показателя точности 3%. На выбран- ных пробных площадках производят сплошной пересчет деревьев, измеряя их высоту и диаметры на высоте 1,3 м от шейки корня дерева. На модельных деревьях (т.е. деревьях со статистически средним диаметром и 50 высотой насаждения) находят ветки со статистически средними диаметром основания, длиной и количеством ветвей и определяют на них площадь поверхности листьев любым известным способом. Затем определ яют удельную поверхность элементов растительности лесополосы S как суммарную поверхность стволов, ветвей и,листьев в единице вбъема полосы, Г1ервый этап. Получение исходных данных.

Осуществляют одновременное измерение полного напора ветра в десяти точках по высоте с наветренной стороны и в десяти точках с подветренной стороны лесной nolocbl. Измерения проводят с помощью трубок Г!ито и двадцатнточечного батарейного манометра. При этом измеряют скорость вет ра на высоте флюгера в открытом поле. По потере полного напора вР = Р, — P„, На каждой высоте Z от подстилающей поверхности находят коэффициент аэродинамического сопротивления С полосы по выражению

Pnops (Z ) dZ минутных экспозиций измерения скорости

u+< на высоте флюгера Z . Для определекия ц применяют соотношение

Н + Z, (1n — — = — 1) +

Z oo (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, 7 . .При расчете применяют математическую модель, представляюцгую 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 ко. личественно с помощью измерений (первый этап) аи ц2 + W2

К C + Я е

az 2

Э»

3Z дц дц

u -- + w—

Эх az ь аь а аЬ ац u2+w2 С b2

u." — + w — — о а К вЂ” + К(-)2 + С $(— — -)

Эх 3Z дЕ ЭЕ Z 2 К

au aw

Q ° ах аК

К = 1 Ь; для ветра, взаимодействующего в условиях турбулентного приземного слоя с проницаемой преградой,. конструкция и аэродинами ь

1 аК К S

ы — - -ю- ° — — — -- +

:(х С," Ь а

}де T — масштаб турбулентности;

b — кинетическая энергия турбулентных пульсаций;

К вЂ” коэффициент турбулентной вязкости; 25 аь=0,73; ,Ci=0,046; а=0,2 — безразмерные коэффициенты пропорциональности;

;.х=0,4 — постоянная Кармана. . Расчет проводится при следующих начальных и граничных условиях: х =0; u = Я вЂ” 1п- — ; w=0, К=xv, (Z+

+ Z,); b = C v„ ; Z = 0; u = w = 0; К вЂ” Эд - = 0; (=х f, Z», Z Z„, К =v, К - — О, а. э» где Z„ — уровень над поверхностью почвы, на котором влиянием лесополосы на характеристики потока . можно пренебречь. 40

По результатам расчета профилей гори.зонтальной скорости находят касательное напряжение трения Г у поверхности по соотношению

7 = }(2 » JIZ - О.

45 д2.

Третий этап. Сравнительный анализ полученных 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 и до логарифми- 55 ческого профиля.

Для защиты почвы от ветровой эрозии выбирают вариант реконструкции с максимальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состояниях дальностью снижения касательного напряжения трения ь у поверхности.

Для защиты посевов от эасекания выби. райт вариант ширины лесополосы с миним.альной областью существования отрицательной вертикальной скорости наименьшей величины.

Лричер. Реконструировалась типовая лесная полоса ¹ 232 колхоза им. Ильича

Выселковского 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. На всей полосе объемом 108990 м и площадью

l,557 га высажено 5543 дерева.

На первом этапе определено С =0 75, ц,=б,25 м(с, v =0,51 м(с, S=1,39 м- .

Результаты расчета эффективности исходной лесной полосы и различных вариантов ее реконструкции, полученные на втором этапе осуществления .способа, приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных вид но, что следует выбирать вариант 3 реконструкции исходной полосы № 232, соответствующей уменьшению ширины полосы до

10,5 м, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание ветрозащитной (по горизон тальной скорости), почвоэащитной (по на, пряжению трения), пылезащитной (по вер: тикальной скорости) эффективности, не ухуд. шая, а по некоторым метеорологическим показателям, даже улучшая защитные свойства исходной полосы. Кроме того, этот вариант обеспечивает наименьшую разницу полей метеоэлементов между полосой с

Листвой и полосой без листвы, что является

1410912 важным при обеспечении эффективности работы лесной полосы в любое время года.

Реконструкция лесной полосы согласно предлагаемому способу (вариант 2) сводится к удалению с восточной стороны четырех рядов деревьев, угнетающих дуб, при этом агролесомелиоратор руководствуется интуитивными соображениями о создании менее плотной конструкции данной лесополосы.

Это приводит к сокращению ширины лесной полосы всего до 15 и. Такой способ определения ширины является менее точным, так как основан на субъективной качественной оценке и не подкреплен количественными по казателями защитной эффективности полосы

,Кроме того, расчет этого варианта реконструкции по предлагаемому способу (вари«ант 2} показывает, что он обладает худ.шими защитными свойствами.

В соответствии с предлагаемым способом проведена раскорчевка деревьев в лесополосе ¹ 232, в результате которой шириаа полосы уменьшена с 21 до 10,5 м.

Осуществление способа на .примере лес;ной полезащитной полосы № 232 позволяет высвободить 9182,5 м пахотной земли. Про,ведение рекойструкции по всем типовым по- лосам колхоза им. Ильича высвобождает в ,целом по хозяйству не менее,150 ra пашни.

Это означаег, 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.

ФофМула изобриейия

1. Способ определения оптимальной ширины лесной полосы . при реконструкции, включающий обследование лесополосы, отличающийся тем, что, с-целью повышения

15 точности 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 преобразуют 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 напряжения 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 определейии суммарной поверхности биомассы

;полосы измеряют диаметр и длину элементар ных ветвей модельного дерева и вычисляют поверхность сложных ветвей по сум39 марной поверхности элементарных вет. вей, при этом замеряют диаметр основания сложной ветви и составляют регрессионную зависимость между диаметром ос-.. нования сложной ветви и ее поверхностью, а поверхность сложных ветвей модельных

И деревьев лесной полосы вычисляют с помощью полученного видового регрессионного уравнения.

I

I

1 л

1

1 й

Г х а

1 о

>х о х

«Ъ !

»jI

1" х х

>6 и о

I х

1 а

Э

С6 о

А

Ц

»6

М и о х о. о х х о

»6 х о

РЪ

1 х о

1»

v

t6 х

f»

v о а

I о

Ц о х

1 о

1

I

X 1

I » о

Q, о

Е и

° »

>х о х х

V 6

Х

»6»6

X X

f

Ц о

>х о х

»6 о

Ц

Ul

СЧ о

Х

Л

1» о о а о х

v!

l

Ц о х

Р» х о а о

l о

l и

>6

I о

И

f" о а о о

Ю л

1

v х

С6

1 о

Ц о

>х о х

Ц

tIj

Х х !

" а

Ф х

l о х х а

Г х а

f» о

Х 61

»6 ц х с6 11 о а о

Х

1

»6 х

>х о х х

Ф х !

»

v о

О о

Х

»>>j

Ю

»СЪ

Ф

Ю о х — 1

Ц I оо!

Хо!

1- а а о

Ф I4

l6 V

Ц о

» х

Е» о а >х э о

l6 Х

Э

I6 х а

1» (6 о

С»

1 х

Х

qj

Е

С6 х о

1 о

»4

1

О.

f»

2! Ю

СО Ю

С» Ъ

АЮ

*

IC х ж х э

Ф

I6»6 х v

Х С6

v v

Ю Ю

N ° СЧ

1 O

ОЮ х

f» о о х х

1

С»Ъ

СЧ

А

Ц

I6

X х

1 о\

С»Ъ

I !

6 х о

»»

v с6

Х а ф о о х

»6

СЧ

1 л иЪ

Ю

Ю

M ь

Ю

1 х

X

° » а о о

Ц о х

>6 !

v о х

»6

С4 а ж о а

Ю

Ю

Д х

Е х

v х

>6

16 х х

Ф о х

>х о х

N . ОЪ

I х

el х о а

Ц

С6 х о о о а о

Х о

С»

Ф х х

Е»>

О

Ю

1

1

I со

1 I

1 о с

И

X о х о х

»

X о о

1 о

1 х и

v о

I о а

Х

Ц о

И х

Э х

f»

v х

>6 а

f»

v х х

К

v

>х

>х о

I х

Ц о! о х

Ю

СЧ

1 О л

СЧ

I о о а

Х

Ц о

О1

1 !

v о э а и

И

z x

О 6j д а

>х о х х

»6

1»

\6

Е х

>6

1 х с о

Ь»

Э х х

I»»>

v о

1 Х х о

С Ъ л

СЧ

»О

О

1

»О I

1

С»Ъ

6О

1 . I/l

»6 х о

l о

1 о

>Ъ

1 о

>х о х

» а о

1 а х

СЪ

С6 Ф а

Ф

6j Х а Ф !

Ф а, г

Х 63

О>6ОСЪ ххох

Ц !»» о о

Х aN

1 ! °

I6 v х ох

l 4 l 091 2

«О

ЮОЮ

Ю о

»»Ъ M N QIO

» С>Ъ

Ю Ю Ю

О О СЪ

СЧ СЧ

С1

О Ю Ю

О м

О Ю

Ю О

О

° - л

I I

О СЧ

СЧ

1 I

СЪ

Ю

О»О

I

1 !

1

I

», I

I

l о!

Ю !

Ю

Ix> 1

С»Ъ I !

Т

Q i

6 1

Ю !

Ю

Ю

С»Ъ !

СЧ