В данной работе приведены данные о влиянии защитных лесных полос на скорость ветрового потока в летний период 2015 года.
Ключевые слова: защитные лесные полосы, ветрозащитные свойства лесных полос, конструкции полос, скорость ветрового потока.
Защитные лесные насаждения вдоль автомобильных дорог распространены почти во всех почвенно-климатических зонах. Они всюду оказались по эффективности, надежности, долговечности и дешевизне лучшим средством защиты автомобильных путей от неблагоприятных природных явлений, препятствующих нормальной эксплуатации автодорог [1].
В зависимости от выполняемой основной защитной роли лесные насаждения на автомобильных дорогах делятся на следующие виды: снегозадерживающие или снегопоглощающие, ветроослабляющие, пескоукрепительные, озеленительные и др. [1].
Ветроослабляющие защитные лесные полосы создают вдоль дороги в целях ослабления ветровой нагрузки на движущиеся транспортные средства, линии связи, контактную сеть, а также для эстетического оформления местности [2]. Такие насаждения выращивают на ветроударных склонах, в местах образования гололёда и т. д.
Трудно переоценить экологическую и социальную роль защитных лесонасаждений Мамлютского района. Изучение ветрозащитных свойств придорожных защитных лесных полос является фактором, играющим важную роль, как в экономическом плане, так и с точки зрения выполнения лесоводственных задач.
Цель исследований — изучение ветрозащитных свойств придорожных защитных лесных полос в летний период 2015 года, их влияние на скорость ветрового потока в системе полос и на прилегающей территории.
Методика исследований
Исследования проводились на территории Мамлютского района Северо-Казахстанской области, Республики Казахстан.
В качестве объекта исследования были выбраны 5 участков на автодорогах: «Трасса М51 Новосибирск-Челябинск»1 и «Трасса А21 Мамлютка-Костанай»2. Это участки дорог, примыкающие к населенным пунктам, на них сосредоточено основное движение транспорта района.
Защитные лесные полосы (ЗЛП) на территории Мамлютского района расположены на расстоянии от 22 до 41 м от дорог, в зависимости от элементов рельефа и назначения прилегающих к ним территорий. Полосы продуваемой конструкции: участок 2. Полосы ажурно-продуваемой конструкции: участок 4. Полосы ажурной конструкции: участок 1,3. Полосы плотной конструкции: участок 5.
В исследуемых защитных лесных полосах были проведены замеры скорости ветрового потока в следующих точках: 1* — у дороги (бровка кювета); 2* — перед полосой, на равноудаленном расстоянии от дороги и ЗЛП; 3* — в полосе (замеры проводились в центре, независимо от количества рядов и конструкции ЗЛП); 4* — за полосой на расстоянии 10 м; 5* — 50 м за полосой; в последующем замеры проводились через каждые 50 м до расстояния равного 300 м за полосой (точки 6*,7*,8*,9*). План-схема проводимых замеров представлена на рисунке 1.
Рис. 1. План-схема точек замеров скорости ветрового потока в системе полос
Замеры скорости ветра в каждой точке проводились с такой периодичностью, чтобы наиболее точно зафиксировать каждый последующий порыв ветра. Замеры проводились ручным электронным анемометром АРЭ. Высота замеров для каждой точки была равна 2 м от уровня почвы (грунта).
Исследования были проведены 29 июля 2015 года. На момент производимых измерений скорости ветрового потока в ЗЛП (по данным gismeteo.kz), направление ветра, по отношению к исследуемым лесным полосам было северо-западное (
С-З) скорость ветрового потока могла достигать до 5 м/с.
В ходе исследований было проведено по 5 замеров (*в каждой точке) скорости ветрового потока на каждом участке исследования в полосах ЗЛП (измерения проводились в перпендикулярном направлении к ЗЛП как с наветренной, так и с заветренной сторон).
Результаты исследований и их обсуждение
На основании полученных данных были рассчитаны средние скорости ветра на выбранных точках. Стоит отметить тот факт, что защитные лесные полосы на участках 3 и 5 находятся напротив ЗЛП, расположенных с другой стороны автодороги, то есть образуют систему защитных лесных полос, что напрямую влияет на силу и скорость ветрового потока. Наглядное отображение полученных результатов изменения скорости ветрового потока на участках исследований приведено на рисунках 2, 3, 4.
Рис. 2. Изменение скорости ветрового потока в системе полос (участки 3,5)
Примечание к рисунку 2: точки «7» и «12» проходят по центру ЗЛП, между точками «9» и «10» находится автодорога. Движение ветрового потока осуществляется по направлению от точки «1» к точке «18» 
.
Анализируя изменения скорости ветрового потока на участках 3 и 5 можно наблюдать снижение скорости ветра до 0 м/с (участок 5) в точке 13*, существенное снижение скорости ветра на этом участке началось в точке 10* (бровка кювета) и продолжилось до точки 12* и уже внутри полосы составило 0,2 м/с, это говорит о том, что система защитных лесных полос на данном участке исследования, в данном случае выполняет свои ветрозащитные функции, тем самым ослабляя и снижая скорость ветра. После преодоления полосы зафиксировано резкое увеличение скорости ветра с 0 м/с (точка 13*) до 2,3 м/с (точка 14*) этот фактор можно объяснить тем, что в приземном слое за лесополосой создается зона затишья (штиля). На показатели снижения скорости ветрового потока на данном участке исследования напрямую влияет ЗЛП, расположенная напротив (т. е. с другой стороны автодороги). Ветровой поток, подходя к полосе (участок 3) начал существенно снижать свою скорость с 3,9 м/с (точка 1*) в открытом поле до 2,6 м/с внутри полосы, и далее скорость продолжала снижаться достигнув 1,3 м/с у бровки кювета автодороги. По мере удаления от насаждения (участок 5) скорость ветра быстро начала нарастать и в открытом поле (150 м за полосой) составила в среднем 3,4 м/с. Стоит отметить, что данная полоса имеет незначительную высоту (Ср. H = 7,4 м), и возможно не в полной мере может воздействовать на значительные расстояния.
Рис. 3. Изменение скорости ветрового потока на прилегающей территории
Примечание к рисунку 3: точка «3» проходит по центру ЗЛП, слева от точки «1» находится автодорога. Движение ветрового потока осуществляется по направлению от точки «1» к точке «9» (заветренная сторона).
Данные, приведенные на графике (рис. 3) свидетельствуют, что скорость ветра внутри полосы наблюдалась в пределах 1,5 м/с, после её преодоления уже на расстоянии 10 м за полосой (точка 4*) началось увеличение скорости ветра до 2,8 м/с, в последующем наблюдалось возрастание ветрового потока, и в открытом поле его скорость уже составляла от 3,4 до 4,0 м/с. Такие различия в скоростях ветра можно объяснить аэродинамическими свойствами лесной полосы на данном участке. По сравнению с участком 5, полоса имеет Ср. H = 20,4 м, что в свою очередь воздействует на более дальнее расстояние.
Рис. 4. Изменение скорости ветрового потока на прилегающей территории
Примечание к рисунку 4: точка «3» проходит по центру ЗЛП, слева от точки «1» находится автодорога. Движение ветрового потока осуществляется по направлению от точки «9» к точке «1»
(наветренная сторона).
Полученные данные (рис. 4) свидетельствуют, что с наветренной стороны (участки 2 и 4) полосы существенно снизили скорость ветрового потока уже на подходе к ЗЛП. Если в открытом поле скорость ветра достигала 5,9 м/с, то уже за 10 м до полос (точка 4*) можно наблюдать существенное снижение скорости ветра с 4,7 м/с (участок 4) до 3,4 м/с (участок 2), что составляет порядка 42 %. Кроме этого, после преодоления ЗЛП ветровым потоком, и с выходом его на дорожное полотно, скорость колеблется в пределах от 0,9 м/с до 1,5 м/с. Снижение скорости ветрового потока по сравнению с открытым полем наблюдается 4-х кратное. Хотя с наветренной стороны защитное влияние лесных полос всех конструкций сказывается по литературным данным в зоне 10–15H, а их эффективная защита не более 5H, никакой дополнительной нагрузки на дорожное полотно (в частности на автотранспорт) такой ветровой режим не несет.
Стоит отметить, что направление ветра в момент производимых измерений было северо-западное (С-З), то есть угол подхода ветрового потока был различным, что напрямую могло повлиять и снизить эффективность полос. Кроме этого с ветровой деятельностью и ветрозащитными функциями тесно связан ряд других элементов микрорельефа исследуемой территории.
Выводы
Эффективность полос различных конструкций, или так называемая ветрозащита, меняется в зависимости от степени ажурности и скорости ветра [3], как это видно на графиках, рисунки 2, 3, 4.
Результаты проведенных исследований влияния ЗЛП на скорость ветрового потока в летний период 2015 года можно подтвердить нашими исследованиями проведенными в зимний период 2014/15 годов, результаты показали что все полосы существенно снижали скорость ветра на всех участках исследований, но стоит учесть тот факт, что в зимний период замеры были проведены на расстоянии до 50 м за полосами, из этого возникает необходимость дальнейших исследований ветрозащитных свойств в зимний период 2015/16 годов с увеличением расстояния замеров.
Литература:
- Основы агролесомелиорации: учебное пособие / Е. Г. Парамонов, А. П. Симоненко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. — 224 с
- Защитное лесоразведение в СССР / Под ред. Е. С. Павловского. — М.: Агропромиздат, 1986. — 263 с.
- Здорнов И. А., Капралов А. В. Влияние защитных лесных полос вдоль автодорог на изменение скорости ветрового потока в условиях Северного Казахстана // Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени. 2015. № 4(9) ч.5. С. 161–165.
