WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 45 |

2.2. Методические основы изучения экологии горных лесов Проблема влияния лесной растительности (или лесистости) на гидрологический режим склонов и речных бассейнов решается путем изучения формирования стока с залесенных и необлесенных склонов (водосборов) и его сравнения. Методической основой при этом должен оставаться водный баланс склонов и всей речной системы (во времени и по площади), а также интегральные характеристики лесной растительности на водосборах.

Методически изучение влияния леса на элементы водного баланса (в том числе - и на сток) проводится путем анализа результатов длительных стационарных наблюдений за режимом элементов водного баланса. С достаточной степенью точности можно измерить только 4 составляющие водного баланса: осадки (как приходящие на верхний полог леса, так и перехват осадков пологом леса и стекающие по стволам деревьев осадки); общий сток (включающий быстрый склоновый и медленный грунтовый); суммарное испарение (испарение с поверхности почвы, транспирацию древесными растениями и травостоем), а также изменения влагозапасов в зоне аэрации почвы. Остальные элементы водного баланса возможно получить только расчетным путем. В связи с этим, полностью раскрыть процессы формирования стока по экспериментальным данным не представляется возможным, и задача разработки и использования различных видов математических моделей гидрологических процессов представляется особо актуальной.

Для исследования закономерностей пространственного распределения и повторяемости во времени гидрологических характеристик, выявления их эмпирических связей с определяющими факторами применяется статистический метод. Его использование основано на том, что многие характеристики гидрологического режима (характерные расходы и уровни воды, годовые и сезонные объемы стока, пульсации скоростей течения воды в русле, изменение высот снежного покрова по площади и т.д.) представляют собой последовательность случайных величин. Изучение статистических закономерностей, свойственных рядам таких гидрологических величин, осуществляется на основании использования теории случайных событий и теории вероятностных (случайных) процессов.

По теории случайных событий ряды изучаемых гидрологических характеристик рассматриваются как совокупность случайных величин без учета их временной (или пространственной) последовательности, и при этом совокупности случайных величин исследуют лишь средние характеристики массовых совокупностей в целом, опираясь на известные функции распределения вероятностей, характеризующие среднюю частоту повторения случайной величины при заданной вероятности (Чеботарев, 1978).

Экспериментальное изучение гидрологической роли леса проводится двумя методами: стационарным и экспедиционным, каждый из которых дополняет друг друга.

Стационарным методом можно получить все элементы средообразующей роли леса, но только для одного или нескольких водосборных бассейнов, что затрудняет распространение полученных данных на изучаемый район. Он состоит в сопоставлении элементов водного и теплового балансов водосборных бассейнов до и после проведения на них различных хозяйственных мероприятий. По определению, данному в международном руководстве (Репрезентативные и экспериментальные бассейны,1971), экспериментальным бассейном считается бассейн, имеющий сравнительно однородный почвенный и растительный покров и однообразные физические характеристики. Одна или несколько характеристик на таких бассейнах в результате экспериментов подвергаются изменениям, и изучается влияние этих изменений на гидрологические параметры водосбора. Эксперименты подобного плана требуют организации специальных лесогидрологических стационаров с обширной и долговременной целевой программой.

Экспедиционным методом можно получить экспериментальные данные на больших площадях и в различных условиях, что позволяет более точно усреднить характеристики изучаемых параметров по площади. Однако количество характеристик, исследуемых этим методом, весьма ограничено. Этот метод применяется для изучения влияния леса и хозяйственных мероприятий на сток и включает обследование территорий, постановку опытов с искусственным дождеванием элементарных водосборов, инфильтрационную съемку горных склонов, определение водно-физических характеристик почвенного покрова. При этом основным стокообразующим фактором, с которым связан гидрологический режим территории, выступает почвенный покров.

Наибольшей сложностью из всех элементов водного баланса склонов характеризуются процессы формирования стока. Факторы, влияющие на формирование стока, делятся на группы: метеорологические (количество осадков и форма графика дождя), влияющие на динамику поступления воды в бассейн; условия подстилающей поверхности, которые определяют процессы инфильтрации и стекания воды, а также потери стока.

От метеорологических факторов зависит поступление воды на водосбор, динамика его во времени, количество поступившей воды. От факторов подстилающей поверхности зависят условия стекания воды, потери поверхностного стока, которые определяются характером почвы, водным балансом рассматриваемой территории, а также временем, необходимым для стока того или иного количества осадков, выпавших на бассейн. К числу факторов, влияющих на быстроту и продолжительность движения этих вод, относятся величина и форма бассейна, уклоны, русловые условия водотоков, длина и шероховатость склонов, связанная с характером растительности и микрорельефом, объем и интенсивность поступления воды на бассейн.



Поскольку хозяйственная деятельность человека обычно затрагивает в основном растительность, почвы и микрорельеф водосборов, т.е. те факторы, которые влияют на перераспределение стока между быстрой (поверхностной) и медленной (грунтовой) составляющими, изучение процессов стока неразрывно связано с изучением инфильтрации.

Сток и инфильтрация взаимосвязаны между собой, с одной стороны - как приходнорасходные части баланса, а с другой - инфильтрация определяет и регулирует сток, и наоборот, сток воздействует на инфильтрацию величиной залитой части бассейна.

Склоновый сток в горах, состоящий из поверхностного и внутрипочвенного, формируется за счет превышения интенсивности ливня над минимальным впитыванием.

Организация наблюдений за стоком на горных экспериментальных водосборах состоит в выборе места для гидрометрического створа, выборе и расчете подходящего типа регистрирующего поста, строительстве и установке сооружений и приборов для учета стока.

Выбор места для замыкающего створа на водотоке определяется доступностью его для подъезда, прямолинейностью участка русла, удобством для проведения строительных работ. Выбор типа гидрометрического поста диктуется требуемой точностью учета расходов воды во всем диапазоне их применения. В горных условиях наиболее оправдано применение порогов - контролей в сочетании с гидрометрическими водосливами, или же отдельно водосливов и лотков. Наша практика показала, что для водотоков с максимальными расходами воды до 1,5 м3/с оптимальным вариантом является сооружение тонкостенных железобетонных водосливов с треугольным вырезом (угол выреза 45 или 900).

Основными требованиями при проектировании и строительстве регистрационных гидрометрических сооружений являются: создание минимального подпора и аккумулирующего объема водохранилища; учет полного стока, как при минимальных его величинах, так и при максимальных; возможность тарирования сооружения; непрерывность учета стока. В свете выполнения основных требований к гидрометрическим сооружениям [150, 153], рекомендуется использовать гидрометрические посты в виде тонкостенных треугольных железобетонных водосливов со ступенчатыми гасителями скорости течения и расширяющимся к сливному зубу верхним бьефом водослива. Регистрация уровней воды на таком водосливе производится самописцем уровня “Валдай”, устанавливаемом в будке над верхним бьефом водослива. При этом труба для поплавка самописца опускается из будки непосредственно в верхний бьеф водослива, и тем самым исключается дополнительная регулирующая емкость водохранилища. Тарировочные кривые для таких водосливов обычно совпадают с теоретическими, и достаточно устойчивы во времени.

Обычно в горных условиях экспериментальные водосборы приходится подбирать в малодоступных местах, поэтому следует предусматривать оборудование гидростворов как суточными самописцами, так и самописцами длительного действия (наиболее удобны самописцы недельные). Наблюдения на гидростворах состоят в измерении уровней воды (один раз в сутки или неделю) и их непрерывной записи самописцами. Расходы воды определяются по переводной тарировочной таблице по измеренным уровням воды. Первичная обработка, а также формы журналов и лент приведены в соответствующих руководствах [229, 234, 235, 236].

В период эксплуатации водосливы требуют очистки от наносов после прохождения больших паводков, и время от времени - тарировки объемным способом.

2.3. Объекты экспериментальных исследований В настоящей работе основными экспериментальными объектами исследования явились горные буковые, пихтовые и дубовые леса Черноморского побережья Северного Кавказа. Для их изучения использованы репрезентативные речные бассейны региона и целевые стационары с опытными рубками.

Изложенные выше методические основы изучения гидрологической роли горных лесов были реализованы на лесогидрологических стационарах (ЛГС) “Аибга” и “Горский”. Ниже приводится их краткая характеристика.

ФГУ «НИИ горного лесоводства и экологии леса» имеет 2 лесогидрологических стационара (ЛГС) - в буковой и дубравной зонах региона (табл.8). Местоположение ЛГС “Аибга”- в буковых лесах в северо-западной части региона (бассейн р. Мзымты - Веселовское л-во Адлерского лесхоза), ЛГС “Горский” - в дубовых лесах юго-восточной части региона (бассейн р.Джубги - Джубгское л-во Джубгского лесхоза) (Краснодарский край).

Период организации и программа работ: ЛГС “Аибга” организован в 1963…1965 гг., ЛГС “Горский” - в 1972…1976 гг. Исследования проводились в три этапа:

калибровочный, проведение опытных рубок и период изучения влияния рубок на среду.

Программа работ включает лесоводственные, микроклиматические, воднобалансовые и теплобалансовые исследования.

Выполняемые задачи: постановка активных экспериментов по изучению влияния рубок главного пользования и технологии лесозаготовок на изменение элементов воднотеплового баланса и других элементов горных лесных экосистем, а также мониторинг лесов, находящихся под антропогенным воздействием.

ЛГС “Аибга” ( з о н а б у к о в ы х л е с о в) - заложен в бывшем Адлерском лесхозе (ныне – Сочинском национальном парке) на водоразделе рек Псоу и Мзымты на высотах от 485 до 1150 м. над ур.м., на общем склоне юго-западной экспозиции со средней крутизной 25о. Целью организации ЛГС “Аибга” было исследование водного баланса малых водосборов в буковых лесах Северо-Западного Кавказа. Участок его является репрезентативным для зоны буковых лесов и включает четыре водосбора площадью от 5,7 до 19,9 га. Почвенный покров здесь представлен бурыми лесными почвами: маломощными, занимающими 22% площади, среднемощными - 50%, и мощными - 28%.





Насаждения - естественные разновозрастные буковые древостои 1 и 1а классов бонитета с полнотой 0,8…0,9 и запасом древесины 540…670 кубометров на га. Подроста под пологом леса (в материнском насаждении) - 0,7…20,0 тыс. экз./га, из них бука - до 10 тыс.

экз/га.

Исследования на ЛГС “Аибга” проводили в три этапа: 1-й - организация и проведение калибровочных (сравнительных) наблюдений на водосборах, не затронутых хозяйственной деятельностью (до 1973 гг.); 2-й - проведение опытных рубок и изучение изменений элементов водного баланса в период рубок (1973…1994 гг.); 3-й - осуществление комплексного экологического мониторинга горных лесных экосистем на водосборах с хозяйственными воздействиями, и на контрольном водосборе (без рубок).

При этом на трех водосборах ЛГС «Аибга» в течение 1973…1994 гг. проведены:

на 1-ом водосборе площадью 7,8 га - сплошнолесосечная рубка; на 2-м (11,7га) - три приема 4-х-приемной котловинной рубки с выборкой деревьев из 24 котловин общей площадью около 7,32 га, расположенных равномерно по водосбору (по 8 котловин в один прием); на 3-ем (5,7 га) - добровольно-выборочная рубка с выборкой 23% запаса древесины;

4-ый водосбор (19,9 га) оставлен в качестве контрольного. Технология лесозаготовок во всех случаях - тракторная трелевка хлыстов по горизонтальным волокам-террасам, проложенным через 80…100 м.

В формации дуба скального исследования проведены на лесогидрологическом стационаре “Горский”, расположенном в Джубгском лесничестве Джубгского лесхоза, на северо-западе Главного Кавказского хребта, характеризующемся наличием низкогорного, сильно эродированного рельефа. Стационар включает 4 элементарных водосбора площадью от 6 до 24,9 га. В течение 1976-1981 гг. на водосборах были выполнены калибровочные наблюдения за элементами водного и теплового балансов. Затем в 1981…1989 гг. на двух водосборах испытаны сплошнолесосечная и двух-приемная котловинная рубки с тракторной трелевкой древесины, а 2 водосбора оставлены в качестве контрольных. Древостои до рубки представлены дубом скальным 120-летнего возраста, III-IV классов бонитета, с полнотой 0,6…0,7 и запасом древесины 169…203 м 3 /га.

Насаждения ранее неоднократно были пройдены приисковыми рубками. Почвы бурые горнолесные, в основном маломощные.

При выборе участка были соблюдены условия репрезентативности района стационара всей формации дуба скального по рельефу, геологии, климату, почвам и растительности.

Таблица 7 - Характеристики водосборов лесогидрологических стационаров “Аибга” и “Горский” МорфометричеВодосборы ЛГС “Аибга” Водосборы ЛГС “Горский” ские и таксационные характе1-ый 2-ой 3-ий 4-ый 1-ый 2-ой 3-ий 4-ый ристики Площадь, га 7,6 11,7 5,7 19,9 6,0 22,3 24,9 9,Длина, м 650 1174 686 1390 380 1000 940 Средний уклон, 25 26 28 25,6 17 13 13 град Перепад вы306 562 368 667 172 119 234 сот, м Экспозиция ЮЗ ЮЗ ЮЗ ЮЗ СЗ,З СЗ С,СЗ СЗ, ЮЗ склонов Группа типов Свежие и влажные букняки Сухие и свежие грабовые дубняки леса Состав насаж- 10Бк+ 9Бк1И 9Бк1И 8Дск1Бк 7Дск 5Дск 6Дск 10Бк дений до рубки Г л, Лп л, Лп 1Г 2Бк1Г 3Бк 2Г 3Г1Бк Бонитет I I Iа Iа IV,0 III,9 III,2 III,(до рубки) Запас древеси580 580 620 670 192 169 178 ны, м3/га Способ рубки котло- котло спло сплошвинная добр.- винная шно- кон- но- конт- конт- 4- выбо- -2-х лесо- троль лесо- роль роль при- рочная приемсечн. сечная емная ная Годы рубки 1973-1982-1973- 1981-82 1974 - 1981-82 - - 1988-Площадь рубки, 2,3,га 7,6 2,69 3,6 - 4,04 - - 2,2,Площадь рубки в % от водо- 100,0 62,6 63,2 - 67,3 27,9 - - сбора Таблица 8 - Таксационные показатели древостоев ЛГС «Аибга» Таксационные показатели №№ Сред Экспроб Высота няя сумма позиСостав кол-во сомкнуных над уров- круплощация запас, ство- мкнупло- нем моря, тиздревостоев дей сесклолов, тость ща- м на, м3/га чений, на шт/га крон дей град.

м2/га 1 600-640 ЮВ 15 10Бк,ед.Ил, Кл 151 0,9 35,25 600,2 610-680 ЮВ 29 10Бк+Г,ед.Ил,Кл 307 0,8 34,38 540,10Бк+Г,ед. Ил, Лп, 3 610-670 ЮВ 21 264 0,8 35,96 592,Кл 4 600-650 ЮВ 25 10Бк,ед.Ил, Кл 294 0,9 40,30 666,10Бк,ед.Г,Ил,Кл, 6 700-740 ЮВ 32 220 0,8 34,10 558,Лп 10Бк+Ил, Лп, ед. Г, 7 880-920 ЮВ 29 412 0,9 38,93 626,Кл 8Бк,1Ил,1Лп+Г, 8 850-900 ЮВ 27 278 0,9 39,90 656,ед.Кл, Кшт 8Бк,1Ил,1Лп+Г, 9 860-910 ЮВ 26 307 0,9 40,88 673,Кл, ед. Чрш Таблица 9 - Таксационная характеристика пробных площадей в типах леса стационара "Горский" Средние Сумма плоСостав насаж- ПолТипы дубрав щадей сечедений нота Д, cм Н, м ний, м2/га Дубрава азалиевая 10Д ед. Бк 27,9 25,6 18,2 1, Дубрава злаковая 10Д ед. Бк 31,1 26,5 19,0 1, Дубрава грабовая 6Д ЗГ 1КлБк 28,0 33,9 22,7 0,10Д+ Бк, ед. Г;

Дубрава грабинниковая 25,5 22,3 17,0 1,Грбн Стационары являются уникальными объектами для горных регионов по оснащенности приборами (была испытана аппаратура по измерению влажности почв и воздуха, и др.), периоду функционирования (более 35 лет) и долгосрочной программе работ. Разработан ряд оригинальных методик как для регистрации параметров экосистем, так и обработке экспериментальных данных, в том числе с применением современных ПК.

Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 45 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.