WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 45 |

1,0… 0,25… 0,50… 0,01… 0,005... менее менее более на составу 0,05 0,01 0,005 0,001 0,001 0,01 0,0,слоя, см (по Качинскому) Б у к о в ы е н а с а ж д е н и я 2…12 6,3 13,3 9,8 14,2 32,9 23,5 70,6 29,4 Глина средняя 15…25 4,8 11,9 8,0 13,5 35,4 26,4 75,3 24,“ “ 40…50 4,7 9,2 9,2 13,6 36,0 27,3 76,9 23,“ “ >65 2,0 6,1 7,4 18,0 30,6 35,9 84,4 15,5 Глина тяжелая Д у б р а в ы 1…4 8,3 9,1 24,1 36,2 4,4 17,9 58,5 41,5 Глина легкая 10…20 7,1 5,5 19,9 42,5 6,3 18,7 67,5 32,5 Глина средняя 40…50 8,2 2,8 19,0 37,2 7,8 25,0 70,0 30,0 -“ - “ - >65 11,1 2,2 17,0 33,0 7,5 29,2 69,7 30,3 -“- “ Наиболее подробно изучены водно-физические свойства почв на лесогидрологическом стационаре “Аибга”. Почвенный покров здесь представлен бурыми лесными почвами. Почвообразующими породами являются глинистые и мергелистые сланцы, залегающие в виде крупных обломков и глыб различного размера. Сланцы чередуются с прослойками глин. В верхней части участка иногда встречаются известняки, реже - песчаники. Мощность профиля почв изменяется в широких пределах, практически от 0 до 1 м и более. Она определяется как характером почвообразующих пород, так и крутизной склона. На крутых участках и при плотных почвообразующих породах мощность профиля почв имеет минимальные величины, в некоторых местах на дневную поверхность выходят горные породы.

Мощность гумусового горизонта почв участка ЛГС “Аибга” ограничивается 35…39 см. Почвенный профиль характеризуется неясным расчленением на горизонты и постепенным изменением окраски от темно-бурой в верхнем до светло-бурой, буроватожелтой и палевой - в нижних горизонтах. Содержание гумуса колеблется от 4 до 10%, реакция почв слабокислая (рН = 4,5…5,5). Кроме окраски, горизонт В отличается также уплотнением. Основная масса корней бука сосредоточена в верхнем 24…40-см слое.

Почвам стационара свойственен тяжелый механический состав. В верхних горизонтах они в основном легко-глинистые, иловато-пылеватые, в нижних - средне- и тяжелоглинистые, пылевато-иловатые.

Физические свойства почв тесно связаны с их механическим составом. Анализ осредненных данных позволяет отметить следующее. Удельный вес бурых лесных почв изменяется с глубиной незначительно, в пределах 6,3%, при этом в верхних горизонтах он имеет наименьшие значения, а в нижних возрастает до 2,73 г/см3.

Объемный вес (плотность) варьирует в значительно большей степени. В верхних горизонтах он меньше 1. По данным 68 определений величин объемного веса оказалось возможным построить обобщенную кривую изменения объемного веса с глубиной характеризуемого им слоя, которая может быть описана следующим уравнением:

= 0,22 *h0,27 + 0,56, (64) где: - объемный вес, г/см3; h - глубина слоя, см.

Таблица 23 - Некоторые осредненные показатели физических и водных свойств бурых лесных почв под буковыми насаждениями ЛГС “Аибга” Макси- ОбъУсловный НекапилКапил- Общая Скелет Глуби- мальная емный Уделькоэффиц. лярная лярная пороз- летна гигро- вес ный фильтра- влажн., влаго- ность, % ность, слоя, скопич- (плот- вес, ции, ем- по объ- % по ность, ность), % по см г/смкость ему весу мм/мин объему % г/см2-12 7,02 50,7 54,1 0,85 2,56 66,8 16,1 1,20-30 - 48,4 7,9 1,10 2,70 59,3 10,9 0,40-50 7,30 47,5 3,8 1,19 2,69 55,7 8,2 1,50-60 7,66 48,0 0,6 1,20 2,73 56,0 8,0 2,Зависимость оценивается корреляционным отношением = 0,871 ± 0,029, что свидетельствует о высокой степени связи между объемным весом слоя почвы и глубиной (В.Г.Вольф,1966).

Данные по объемному весу почв позволяют отметить их высокую структурность и благоприятные водно-воздушные свойства. В особенности это относится к верхнему 20…30 сантиметровому слою. Так, общая порозность горизонта А колеблется в пределах 65…73%; с глубиной она снижается до 51…61%.

Капиллярная влагоемкость также уменьшается от 51 до 48%. Максимальная гигроскопичность в верхней части профиля почв находится в пределах 7…8%. Влажность завядания, определенная биологическим методом (по проросткам кукурузы), изменяется по профилю от 18,1 до 15,9. Для поверхностного слоя этот показатель (W),был определен также по всходам бука (22,2 %) и рассчитан по полуторной максимальной гигроскопичности (10,5%).

По формуле П.И. Андрианова (приведено по Н.Ф.Созыкину, 1965):

Wз= 4,8 * W2 0,8, (65) где W2 - гигроскопическая влажность, влажность завядания Wз оказалась равной 17,8 %.

Таким образом, данные по водно-физическим свойствам бурых лесных почв свидетельствуют об их исключительно высокой водопроницаемости под естественными буковыми лесами, при этом максимальная водопроницаемость характерна для верхнего 20…40 см слоя почвы. Полевые опыты подтверждают такие закономерности, установленные лабораторными методами, однако график изменения коэффициента фильтрации с глубиной (КФ) в полевых определениях располагается гораздо ближе к вертикальной оси, чем аналогичная кривая УКФ, т.е. фильтрация, определенная в лабораторных условиях, имеет более высокие значения (в 1,3…3,9 раза). Присутствие сравнительно водонепроницаемого слоя, подстилающего поверхностные слои почвы, при большой крутизне склонов создает благоприятные условия для формирования внутри почвенного стока. При этом наиболее активной зоной почв в буковых лесах является верхний деятельный слой 0…40 см.

Оценка гидрологической (водорегулирующей) роли почв определяется не только поверхностным впитыванием, но и емкостью почвенного профиля, способной вместить то или иное количество осадков. По кривой связи УКФ = f () можно установить, что в букняках почва имеет величины УКФ < 0,1 мм/мин при среднем объемном весе 1,3 г/см3, а в дубравах - при = 1,5 г/см3. По осредненной кривой в буковых насаждениях почва достигает объемного веса, равного 1,3 г/см3 на глубинах более 1 м. В дубравах объемный вес почвы, равный 1,5 г/см3, отмечается на глубине 0,4…0,5 м. Следовательно, глубина слоя быстрого впитывания в дубравах оказывается в 3 раза меньше, чем в букняках.



Используя полученные зависимости, определим осредненные параметры воднофизических свойств лесных почв под буковыми и дубовыми насаждениями (табл.26). Полученные расчетным путем по лабораторным данным величины водопоглощения хорошо согласуются с полевыми исследованиями. Так, предельная полевая влагоемкость в 1метровом слое для букняков - 470 мм - совпадает с НВ по многолетним стационарным наблюдениям за влажностью почвы, колебавшейся от 454 до 486 мм и составившей в среднем 470 мм. Для дубрав предельная полевая влагоемкость (390 мм в 1-метровом слое) также почти совпадает с НВ = 385 мм.

Сравнивая общее количество влаги, которую способен вместить слой почвы глубиной 1,0 м в букняках и дубравах, можно отметить, что общая водовместимость почв в букняках на 120 мм выше, чем в дубравах. По свободной гравитационной влаге это превышение составляет 40 мм.

Для оценки водорегулирующей роли лесных площадей практическое значение может иметь водовместимость той части почвенного слоя, которая характеризуется впитыванием, превышающем интенсивность выпадающих осадков. Для буковых лесов общая водовместимость 1-метрового слоя почвы составляет 567 мм, а для дубрав в 50-см слое - 237 мм. По величине предельной полевой влагоемкости - соответственно 470 и 209 мм.

Следовательно, свободная гравитационная влага наиболее проницаемой части почвенного профиля в букняках составляет 97 мм, а в дубравах - всего 28 мм, т.е. в 3,5 раза меньше.

Таким образом, несмотря на лучшую водопроницаемость поверхностных горизонтов почв, площади под дубравами региона не могут регулировать склоновым стоком ливни более 30…40 мм, и интенсивностью - более 0,1 мм/мин, в то время как почвы под буковыми насаждениями способны вместить осадков такой же интенсивности в 3 раза больше.

Таблица 24 - Изменение водно-физических свойств бурых лесных почв с глубиной (усредненные данные) Г л у б и н а с л о я, с м ПоказатеКол- во ли водновлаги в физиче- 0… 10… 20… 30… 40… 50… 60… 70… 80… 90… метровом ских 10 20 30 40 50 60 70 80 90 слое, мм свойств Удельн.

2,61 2,65 2,69 2,71 2,73 2,74 2,75 2,76 2,76 2,77 - вес, г/смБ у к о в ы е н а с а ж д е н и я О В, 0,96 1,06 1,12 1,17 1,19 1,22 1,24 1,26 1,28 1,29 - г/смОП, % 63,2 60,2 58,4 57,2 56,2 55,5 54,9 54,2 53,8 53,3 ППВ,% 50 49 48 47 47 46 46 46 46 45 КВ, % 42 44 44 43 43 43 43 42 42 42 Д у б р а в ы О В, 1,26 1,37 1,43 1,48 1,52 1,55 1,57 1,60 1,62 1,63 - г/смОП, % 51,8 48,3 46,8 45,4 44,3 43,4 42,8 42,0 41,2 41,2 ППВ,% 46 43 42 40 38 37 37 36 36 35 КВ, % 42 40 38 37 37 35 34 34 33 33 П р и м е ч а н и е : ОВ - объемный вес (плотность) в г/см3 ; ОП - общая порозность в %; ППВ - предельная полевая влагоемкость в %; КВ - капиллярная влагоемкость в %.

Изучение гидрологической роли почвенного покрова в регионе позволяет сделать следующие выводы:

- Исследования изменений объемного веса (плотности) поверхностных горизонтов почв по площади в буковых и дубовых насаждениях региона показали наличие нормального закона статистических распределений этого показателя.

- Объемный вес почвы хорошо коррелирует с основными водными свойствами лесных почв - водопроницаемостью и водовместимостью и может служить в качестве интегрального показателя водорегулирующих свойств покрытых лесом площадей, отражать их изменение в связи с антропогенными факторами.

- Анализом изменений объемного веса и водно-физических свойств почв установлено, что площади под буковыми лесами обладают более высокими водорегулирующими свойствами и способны регулировать ливни редкой повторяемости; почвы дубрав региона в 3 раза слабее выполняют водорегулирующие функции.

2.10. Вероятностная оценка водорегулирующей роли лесных насаждений Как указывалось выше, речной водосбор представляет собой сочетание различных элементов, для каждого из которых характерны процессы разных масштабов, формирующих сток на склоне. Обычно в прогнозах ранее использовались детерминистические модели, для которых существует однозначная связь входных и выходных данных. Влияние неравномерности стокообразующих факторов на сток в замыкающем створе зависит от площади водосбора. Чем меньше водосбор, тем меньшую роль играют сглаживающие эффекты, и тем большее влияние на сток оказывают мелкомасштабные неоднородности.

С увеличением размеров площади водосбора влияние мелкомасштабных неоднородностей снижается, однако может существенно повыситься роль крупномасштабных неоднородностей, связанных со значительными различиями водно-физических характеристик почвы на больших участках водосбора, с изменчивостью водоподачи и др.

В настоящее время при изучении гидрологической роли леса применяются как модели детерминистических процессов, так и модели вероятностных (или стохастических) процессов, при рассмотрении которых принимается в расчет и вводится понятие вероятности появления переменных, участвующих в формировании стока, и учитывается последовательность появления переменных. Генетическая теория стока устанавливает детерминированные связи между стоком и стокообразующими факторами, однако ввиду сложности этих связей зачастую приходится прибегать к методам вероятностной оценки гидрологических процессов. Так, при анализе зависимостей величин паводков от стокобразующих ливней даже на малых водосборах (по данным ЛГС "Аибга" и "Горский") получены корреляционные отношения не более 0,7…0,8, и чем мощнее почвенный покров, тем менее точными являются эти зависимости. Еще менее точны подобные зависимости для водосборов основной речной сети.





Следовательно, при оценке водорегулирующей роли леса целесообразно использовать вероятностную оценку выполнения данной лесорастительной формацией (насаждением, древостоем) функций регулирования паводков, образующихся под воздействием комплекса факторов. Аналогично тому, как в гидротехнике расчет сооружений ведется на определенный запас прочности, зависящий от вероятности наступления критических моментов (а также от класса сооружения), так и при определении нормативов водорегулирования лесной растительностью в конкретных климатических условиях следует принять норматив вероятности (или обеспеченности) водорегулирующей роли леса. Расчет повторяемости паводка, регулируемого насаждением (1 раз в 100, 50 или 20 лет) необходимо производить на основе опытных данных и социальной значимости защищаемых лесом территорий.

На современном этапе исследований нельзя говорить об идеализации гидрологической роли горных лесов без учета повторяемости критических экологических ситуаций в регионе, иначе полученные в эксперименте данные не будут иметь сравнительной оценки (значения). Общая схема нормирования максимального склонового стока, регулируемого данным насаждением, включает расчет кривых обеспеченности наблюденных значений стока, оценку обеспеченности (повторяемости) стокообразующих ливней, а также нормативов водорегулирования расчетного расхода воды лесонасаждением. При этом возможно использование аналитических функций распределения, обычно применяемых в инженерно-гидрологических расчетах, т.е. биномиального распределения Пирсона III типа и трехпараметрического гамма-распределения Крицкого-Менкеля. Для этих распределений параметрами являются: математическое ожидание (среднее ряда) Хср, среднеквадратическое отклонение или коэффициент изменчивости (вариации) Сv, а также коэффициент асимметрии Сs. В силу ограниченности ряда наблюдений за стоком и осадками на реальных гидростворах и постах особой задачей является оценка смещенности ординат аналитического распределения относительно эмпирических точек, для чего рекомен дуется применять графо-аналитические методы.

Из всех методов оценки параметров кривых распределения (метод моментов, метод наибольшего правдоподобия, графо-аналитические методы), предпочтительнее графический метод как наиболее простой. Эмпирические и аналитические кривые обеспеченности строят на клетчатках вероятностей, известных в гидрологии для выравнивания, а в некоторых случаях - для спрямления интегральных функций распределения. В гидрологических справочниках можно легко найти таблицы координат для распределения Пирсона III типа, а также величин Кр (Сv, Р) для трехпараметрического гамма-распределения Крицкого-Менкеля.

Если продолжить аналогию вероятностной оценки водорегулирования лесной растительностью с гидротехническими сооружениями, следует задаться (или рассчитать) допустимой величиной ежегодной вероятности превышения максимального стока. Так, для гидротехнических сооружений 1-го класса капитальности расчетная ежегодная вероятность превышения принимается 0,01%, для 2-го класса - 0,1%, для 3-го класса - 0,5%, для 4-го класса - 1,0%, а при проектировании временных гидротехнических сооружений (5-й класс) - 10%. Очевидно, для насаждений определенного региона и целевого назначения должна быть разработана своя шкала классности (включая и социальную значимость водорегулирования в данном бассейне, например - защита населенных пунктов от наводнений).

По предлагаемой методике обычным путем по кривой обеспеченности максимальных расходов воды (а также суточных максимумов осадков) устанавливается расчетное значение при нормативной вероятности ежегодного превышения Р. При этом нормируется не только величина обеспеченности ежегодного превышения (Р), но и уровень значимости q (уровень доверительной вероятности), характеризующий уровень гарантии расчета максимального расхода воды, соответствующий классу капитальности сооружения (в нашем случае - лесонасаждения). Доверительные границы при заданном уровне значимости Q зависят от принятого закона распределения и его параметров (Хср, Сv, Сs).

Нормативный расчет максимальных расходов воды конечной целью имеет прогноз экологических последствий как для нетронутых хозяйственной деятельностью древостоев на водосборах, так и при ведении определенных систем хозяйствования. Уменьшение водорегулирования лесной растительностью в связи с рубками и различными технологиями лесозаготовок должно быть оценено количественно для принятия альтернативных решений о проведении лесохозяйственных мероприятий.

Глава ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИИ ГОРНЫХ ЛЕСОВ ПРИ ХОЗЯЙСТВЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 3.1. Изменение экологии буковых лесов в связи с рубками леса Динамика запаса древесины буковых древостоев на ЛГС «Аибга» Как указывалось выше, исследования динамики буковых насаждений на ЛГС “Аибга” проводились в два этапа: 1) организация (1964-1966 гг.) и калибровочные (сравнительные) наблюдения на водосборах, не затронутых хозяйственной деятельностью (19671973 гг.); 2) опытные рубки и изучение динамики естественных и пройденных различными способами рубок насаждений, водного режима водосборных бассейнов и других характеристик среды после рубок (1974-1999 гг.). При этом на 3-х водосборах ЛГС в течение 1973-74 гг. проведены:

Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 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.