Рис. 1. Лесная полоса плотной конструкции
Рис. 2. Лесная полоса ажурной конструкции
Рис. 3. Лесная полоса продуваемой конструкции
Лесная полоса плотной (непродуваемой) конструкции представляет собой в облиственном состоянии плотное сверху донизу насаждение, в вертикальном профиле которого нет сквозных просветов или их количество не превышает 5 %. Ветровой поток через нее почти не проникает, а огибает ее сверху и на некотором расстоянии от опушки с завихрением опускается на землю. Эта конструкция полос действует как вихреобразователь. Образование снежного сугроба по высоте в таких полосах происходит сравнительно быстро, сугроб имеет крутые откосы и его вершина находится вблизи опушки. Вследствие этого полосы таких конструкций часто «зарабатываются», т.е. заносятся снегом и теряют свои защитные свойства (рис. 1).
В ряде случаев такие полосы не только не защищают дороги от заносов, но даже способствуют их заносимости, а снег, накапливаемый в насаждениях, вызывает значительный снеголом, что снижает их работоспособность. По данным Я.А. Бражевского, на расчистку таких снеголомов Целиноградской дистанцией в зимний период 1964 года было затрачено около 25 тыс. рублей, или более 15 % эксплуатационных расходов.
Аналогичные результаты отмечены и на Орской дистанции. Здесь, по данным И.Я. Петухова и других, на уборку снеголома с 1 га ежегодно затрачивается до 50 человеко-дней.
Кроме экономической стороны этого вопроса, снеголом отрицательно влияет и на биологическую устойчивость насаждений. Повторяясь из года в год, снеголом расстраивает их и приводит к преждевременной гибели.
Лесная полоса ажурной конструкции в облиственном состоянии имеет сквозные просветы, более или менее равномерно расположенные по всей высоте. При встрече ветрового потока с ажурной полосой он частично переваливает через нее, а частично просачивается по всему ее вертикальному профилю. Поэтому ажурные полосы действуют одновременно как вихреобразователь и аэродинамическая решетка. Максимальная высота сугроба у таких полос формируется на расстоянии 2 - 3 высоты насаждений (Н) от заверенной опушки, снежные шлейфы длинные и пологие. Такие полосы в течение зимы не зарабатываются и обладают значительной снегоемкостью (рис. 2).
Лесная полоса продуваемой конструкции в облиственном состоянии представляет собой в верхней и средней своих частях плотное или слабоажурное насаждение со сквозными просветами внизу. Продуваемые полосы могут быть с низкорослым кустарником или без него. Лесные полосы этой конструкции в зависимости от степени их ажурности могут быть как более, так и менее ветропроницаемы, чем полосы ажурной конструкции (рис. 3).
Главное отличие ажурных полос от продуваемых состоит не в количестве просветов, а в том, как эти просветы распределены в насаждении. Как указывалось выше, у ажурных полос просветы равномерно распределяются по всей высоте древостоя насаждений, а у продуваемых они сосредоточены, в основном, в нижней части древостоя. Продуваемая полоса так же, как и ажурная, разделяет ветровой поток на две части. При этом верхняя, большая часть потока переваливает через полосу, а нижняя часть с повышенной скоростью проходит внизу между стволами деревьев. Следовательно, эта лесная полоса действует как аэрогидродинамический диффузор и как вихреобразователь. У таких полос отмечается наиболее равномерное снегораспределение, а в самих полосах минимальное количество снега, что объясняется повышенной скоростью ветра в нижней части полос. Благодаря этому снег из таких полос выдувается и не накапливается в них. Эти полосы обладают повышенной снегоемкостью и имеют наибольший снегозащитный эффект. В условиях большой снегозаносимости автомобильных дорог именно этой конструкции необходимо отдавать предпочтение. Наиболее эффективными снегозащитными насаждениями в таких условиях являются 5-рядные полосы продуваемой конструкции с максимальной величиной продуваемости в нижнем ярусе до 70 - 80 % и наименьшей в верхнем - до 25 - 30 %. Такая конструкция способствует повышенной скорости ветрового потока между стволами деревьев в нижнем ярусе, что влечет за собой выдувание снега из полосы и увеличение их снегоемкости благодаря удлиненным снежным шлейфам, а повышенная плотность полос в верхнем ярусе - образованию резко выраженного воздухопада, обуславливающего создание устойчивой зоны выдувания. Это особенно важно при условии совпадения зоны выдувания с полотном дороги. В этом случае не только исключается возможность отложения снега на проезжей части дороги, но и происходит интенсивное его сдувание.
Рис. 4 Формы поперечных сечений лесных полос:
1 - прямоугольное; 2 - треугольное; 3 - вогнутое; 4 - обтекаемое.
Рис. 5 Густая двухрядная кустарниковая кулиса при снегозаносимости до 25 м3/п.м.
Рис. 6. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 50 м3/п.м.
VII. ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ СНЕГОЗАЩИТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
На снегозащитные свойства насаждений, кроме конструкций, оказывают влияние и формы их поперечных сечений. Наиболее часто встречаются лесные полосы, имеющие следующие сечения.
1. Прямоугольное, когда весь древостой находится в одном ярусе (рис. 4-1).
2. Треугольное: высокие деревья находятся в центре полосы, низкие - в опушках (рис. 4-2).
3. Вогнутое: высокие деревья - в крайних рядах, низкие - в центральных, опушки овальные (рис. 4-3).
4. Обтекаемое: с наветренной стороны деревья низкие, с подветренной высокие, полог древостоя - пологий (рис. 4-4).
Наибольшим снегозащитным эффектом обладают лесные полосы обтекаемого сечения благодаря удлиненным снежным шлейфам и повышенной снегоемкости, что связано с уменьшением боковой шероховатости и увеличением их обтекаемости ветровым потоком. Поэтому в условиях большой снегозаносимости необходимо создавать лесные полосы обтекаемого поперечного сечения путем ввода в их наветренные ряды более низких пород и в подветренных - более высоких.
VIII. РАСПОЛОЖЕНИЕ СНЕГОЗАЩИТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ВДОЛЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Важным вопросом является правильный выбор расстояния от снегозащитных полос до полотна дороги. Для установления оптимального расстояния необходимо принимать во внимание аэродинамические свойства полос, а именно: длину их ветрозащитной зоны (ветровую тень) и расположение зоны выдувания. Это расстояние должно быть достаточным, чтобы полностью разместить здесь подветренные снежные отложения. При этом основные массы снежных отложений будут откладываться в ветрозащитной зоне, а полотно дороги расположится в зоне выдувания, характеризующейся минимальными снежными отложениями. Такое расположение полос будет способствовать предотвращению заносимости дорог даже в опасные зимние периоды, когда количество переносимого снега превысит их снегозадерживающую способность.
СоюздорНИИ для условий слабой заносимости (до 200 м3/п. м) с учетом объема снегозаноса рекомендует применение узких и плотных снегозащитных древесно-кустарниковых кулис. Эти кулисы рекомендуется размещать на прилегающей к дороге полосе, ширина которой рассчитывается по формуле:
L = Smax/hp + х,
где L - ширина зоны отвода, в которую входит ширина снегосборных кулис в метрах, вместе с разрывами между ними, и расстояние от бровки земляного полотна до первого ряда снегозащитной полосы (X);
Smax - площадь поперечного сечения снежного вала в годы наибольших заносов (м2);
hp - высота рабочей части насаждений (средняя высота снежного вала в полосе).
В зависимости от объема снегозаноса древесные насаждения располагаются на снегосборном бассейне следующим образом.
Для участков дорог с объемом снегозаноса до 25 м3/п.м рекомендуется густая двухрядная посадка кустарников на расстоянии 20 - 25 м от бровки земляного полотна (рис. 5).
На участках дорог с объемом снегозаноса до 50 м3/п.м закладывается одна 4-рядная древесно-кустарниковая кулиса на расстоянии 30 м от бровки земляного полотна. При этом два ряда с полевой стороны устраивают из кустарников и два ряда с дорожной стороны - из густоветвистых низкокронных деревьев (рис. 6).
Рис. 7. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 75 м3/п.м
Рис. 8. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 100 м3/п.м
Рис. 9. Размещение древесно-кустарниковых кулис при снегозаносимости до 150 м3/п.м
Рис. 10. Размещение древесно-кустарниковых кулис при снегозаносимости до 200 м3/п.м
Надежной защитой для участков дорог с объемом снегозаноса до 75 м3/п.м служит 6-рядная древесно-кустарниковая кулиса, заложенная на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна дороги. В такой кулисе кустарники занимают крайние ряды (рис. 7).
На участках дорог со снегозаносом до 100 м3/п.м закладывают древесно-кустарниковую кулису на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна в сочетании с 2-рядной посадкой кустарников, размещенных на расстоянии 15 м от кулисы в сторону поля (рис. 8).
Участки дороги со снегозаносом до 150 м3/п.м надежно защищает система из двух древесно-кустарниковых кулис, в которой ближе к дороге располагается шестирядная кулиса на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна, а со стороны поля 4-рядная кулиса на расстоянии 30 м от 6-рядной кулисы (рис. 9).
Для участков дорог со снегозаносом до 200 м3/п.м закладывают систему из двух 6-рядных древесно-кустарниковых кулис с разрывом между ними в 35 м. При этом ближайшую к дороге кулису размещают на расстоянии не ближе 50 м от бровки земляного полотна (рис. 10)
Для таких снегозащитных насаждений рекомендуются ветвистые древесные породы с низко опущенной кроной и высокорастущими кустарниками.
Небольшое количество рядов в кулисах компенсируется загущением посадки в рядах с расстоянием между стволами через 0,4 м и уширением междурядий до 2,5 - 3 м, что обеспечивает повышение площади питания растений и вызывается также необходимостью механизации обработки почвы и ухода за полосами.
Опытная проверка характера снежных отложений у экспериментальных лесных полос вдоль автомобильных дорог свидетельствует о надежной защите их при слабой степени заносимости до 200 м3/п.м.
В условиях севера Казахской ССР автомобильные дороги проходят, в основном, по равнинным участкам степей, где снег переносится на большие расстояния и, следовательно, дороги подвергаются более значительным заносам. в таких условиях объемы снежных отложений на автомобильных дорогах достигают 300 - 400 м3/п.м, а в более снежные зимы -600 - 700 м3/п.м с максимумом на отдельных участках до 1200 м3/п.м. Плотные конструкции полос и таких условиях, как правило, быстро зарабатываются. Частые поземки и метели сильно уплотняют снег в заработанных полосах, особенно при примешивании к нему земляной пыли, являющейся результатом зимней эрозии почв. Это обстоятельство усугубляет вредное воздействие снежных сугробов на сохранность насаждений. Появляются повреждения древостоя лесных полос (снеголом). В результате этого снегозащитные насаждения такой конструкции в условиях северного Казахстана выходят из строя.
Предложенные Казфилиалом СоюздорНИИ продуваемые конструкции полос с обтекаемым поперечным профилем обладают большой снегоемкостью, чем плотные полосы, и не подвергаются снеголому. Однако ввиду значительной снегозаносимости наших дорог здесь также целесообразно применение нескольких древесно-кустарниковых кулис разнообразных конструкций, так как одна снегозащитная кулиса не в состоянии надежно защитить дорогу от заносов. Расчет ширины участка, на котором должны располагаться кулисы, осуществляется по формуле, применяемой СоюздорНИИ, а конструкция снегозащитных кулис и разрывы между ними необходимо дифференцировать следующим образом.
Первая наветренная кулиса на снегосборном бассейне с полевой стороны обязательно должна быть продуваемой конструкции без кустарников, последующие промежуточные кулисы - продуваемыми с низким кустарником и последняя, придорожная кулиса - непродуваемой конструкции.
Согласно данным снегомерных съемок, снежные шлейфы у лесных полос продуваемой конструкции даже на участках с большим снегосборным бассейном не распространяются дальше 80 - 100 м, а на участках с меньшими снегосборными бассейнами и в центральных кулисах - не дальше 40 - 60 м. Поэтому первую промежуточную кулису необходимо располагать на расстоянии 80 м от наветренной кулисы. На таком расстоянии еще не наблюдается разгона метели, и промежуточная кулиса не будет перегружаться снегом.
Отсутствие кустарников в первой наветренной кулисе будет способствовать выносу основной массы снежных отложений за пределы полосы, что предохранит древостой кулисы от снеголома.
Этой кулисой будет удерживаться основная масса переносимого снега со снегосборного бассейна, а к другим кулисам его будет переноситься значительно меньше.
Ряды кустарников в промежуточных кулисах служат для аккумуляции ими поземкового снега, препятствуют его выносу за пределы кулис. Расстояние между такими второстепенными кулисами принимается до 60 м.
Последняя дорожная кулиса для обеспечения выраженной зоны выдувания и уменьшения длины шлейфа должна иметь плотную конструкцию и располагаться на расстоянии не более 60 м от полотна дороги и на таком же расстоянии от предыдущей кулисы.
Сами межкулисные разрывы такой ширины не изымаются из пахотной площади земель совхозов и колхозов и дают возможность хозяйствам проводить в них механизированные сельскохозяйственные работы.
Продуваемые кулисы без кустарников создаются из 5 рядов древесных пород с более низкорослыми породами в наветренном ряду и более высокими в подветренном для придания им обтекаемого профиля. Размещение деревьев в ряду производится через 1,0 - 1,2 м.
В продуваемых кулисах с кустарниками, кроме 5 рядов древесных пород по вышеуказанной схеме, с наветренной стороны высаживается 2 ряда низкорослых кустарников с размещением через 0,5 м.
В непродуваемой дорожной кулисе для придания плотности с наветренной стороны высаживаются высокорослые кустарники. Величина междурядий во всех конструкциях кулис принимается 3,0 - 3,5 м, что обеспечивает увеличение площади питания растений и возможность применения механизированного ухода.
