На рис. 37 изображены схемы отложений снега у двухрядных плоских устройств, расположенных на разных расстояниях друг от друга. На рис. 37-а видно, что расстояние между рядами явно недостаточное: подветренная зона левого ряда почти полностью перекрывает наветренную зону правого ряда и потому снегоемкость этого двухрядного устройства немногим больше, чем однорядного, что нерационально.
Рис. 37. Схемы отложения снега у двухрядных препятствий:
а) - при заниженном; б) - при завышенном; в) - при правильном назначении расстояний между линиями снегозащиты
На рис. 37-б наоборот расстояние между рядами явно завышенное, и потому хотя каждый ряд и обеспечивает наиболее полную снегоемкость, но работают они обособленно друг от друга и преимуществ двухрядности в полной мере не используется.
На рис. 37-в расстояние между рядами назначено правильно, и потому двухрядное устройство работает как единое целое, в связи с чем его общая снегоемкость больше, чем снегоемкость устройств, расположенных как на заниженном, так и на завышенном расстоянии друг от друга.
Следовательно, расстояние между, рядами многорядных устройств должно быть равно длине отложений снега за первым рядом, считая от дороги, плюс длина отложений снега перед вторым рядом. Обозначим это расстояние буквой d, тогда для лесополос оно будет равно:
d = с + а2, (11)
для сплошных плоских:
d = с + а1 + а2, (12)
для решетчатых плоских:
d = с + в + а1 + а2. (13)
Объем снега, откладывающийся на 1 пог.м полностью заработанного двухрядного устройства в виде двух лесополос, будет:
Qз л = (с + a2 + l1 + l2)H, (14)
в виде двух сплошных устройств в виде щитов или заборов при одинаковой их высоте:
(15)
где 0,8 - коэффициент заполнения площади прямоугольника между соседними рядами устройств;
в виде двух решетчатых щитов или заборов при одинаковой их высоте и без перестановки:
(16)
9.5. Расстояние от снегозадерживающего устройства до дороги
Выше было сказано, что проезжая часть и обочины должны быть чистыми от снега. И если от спокойно выпадающего снега нельзя их защитить, то от снега, приносимого ветром с окружающей местности, - можно, для этого нужно снегозадерживающие устройства располагать от дороги на таком расстоянии, чтобы откладывающийся у них снег достигал только подошвы насыпи или бровки выемки. Можно допустить расположение отложений снега и на откосах выемки, но только при условии достаточно надежных данных об объемах снегоотложений.
При правильном расположении снегозадерживающих устройств от дороги ее проезжая часть и обочина будут вне пределов зон сниженных устройством скоростей и снег с проезжей части и обочин частично будет выдуваться, так как ветроснеговой поток будет иметь уже достаточно большие скорости и не будет насыщен снегом.
Исходя из изложенного, расстояние установки сплошного устройства от дороги при условии, что оно не переставляется или переставляется, но в сторону поля, можно определить из уравнения:
Sc = a1 + а2, (17)
то же для решетчатого:
Sp = в + a1 + а2. (18)
При перестановке снегозадерживающих устройств - щитов в сторону дороги расстояние первоначальной установки этого устройства от дороги может быть определено из уравнения:
Sp = b + a1 + а2 + 2n, (19)
где n - число перестановок устройства за зиму.
Расстояние дороги до первого ряда лесополосы можно определить из уравнения:
Sл = а2. (20)
10. ОСНОВНОЙ РАСЧЕТНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СНЕГОЗАДЕРЖИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЕ
10.1. Основной расчетный показатель для проектирования снегозадерживающих устройств
Из предыдущего вытекает, что для определения параметров сплошного или решетчатого плоского снегозадерживающего устройства по формулам (8) и (9) переменной, определяемой величиной является Н - высота устройства. Все же другие величины - с, а1, а2 и в - для каждых конкретных условий принимаются постоянными.
Точно так же для определения параметров пространственного снегозадерживающего устройства (лесонасаждения) по формуле (10) переменной, определяемой величиной является l - ширина полосы лесонасаждений. Все же другие величины - с, а2 и Н для каждых конкретных условий принимаются постоянными.
Величину Н для решетчатых плоских снегозадерживающих устройств рекомендуют определять по формуле (см. Г.В. Бялобжесский и др., 1966 г.):
(21)
где W - объем снегопереноса, м3/м.
Величину l для лесонасаждений определяют по формуле (см. там же):
(22)
где Wпп - объем полевого снегопереноса, м3/м;
Нср - средняя высота отложений внутри полосы, м.
Следовательно, основным расчетным показателем для определения высоты плоских снегозадерживающих устройств и для определения ширины лесополос рекомендуется объем полевого снегопереноса, т.е. объем снега, приносимого ветром с прилегающей к дороге местности. Этот же показатель рекомендуется для установления возможности пользования переносными щитами и определения числа их перестановок, а также и для определения числа рядов снежных стенок, снежных валов и снежных траншей.
Принцип действия снегозадерживающих устройств основан на том, что в зоне их действия образуется зона пониженных скоростей, в которой скорости ветрового потока у земной или снежной поверхности становятся небольшими, недостаточными для того, чтобы передвигать снежинки, и последние откладываются. В зону действия снегозадерживающих устройств попадает снег не только во время переноса его ветром, но и при спокойных снегопадах. Следовательно, для проектирования снегозадерживающих устройств нужно знать не только объем приносимого к ним снега, но и объем снега, образующегося от спокойных снегопадов. Эти величины даются в тоннах на 1 пог.м дороги и в миллиметрах водяного столба. Для приведения их в кубические метры необходимо учитывать плотность снега в отложениях.
Нужно учитывать и то обстоятельство, что снег, при различных скоростях ветра и при разном состоянии снежного покрова и температуры воздуха, переносится не на одинаковой высоте над поверхностью земли. Очевидно, что чем выше препятствие, задерживающее переносимый снег, тем больше этого снега оно задержит. Следовательно, нужно учитывать и это явление.
Важно и то, что не все защиты задерживают полностью снег, который к ним приносится, - часть этого снега у некоторых защит проносится в просветы и не откладывается в зоне действия этих защит.
Часть снега уже отложенного у защит в результате приноса или спокойного снегопада испаряется.
Из изложенного вытекает, что основным расчетным показателем для проектирования снегозадерживающих устройств должен быть не объем полевого снегопереноса, а объем снегоотложений, который должен определяться по формуле:
(23)
где Qз - объем снега, откладывающийся у снегозадерживающих устройств, м3/м;
К - коэффициент, учитывающий снегозадерживающую способность данного снегозадерживающего устройства, %;
Qп - объем полевого снегопереноса в месте расположения снегозадерживающего устройства, т/пог.м дороги;
Qс - объем снега, откладывающегося на всей площади зоны действия устройства во время снегопадов, конденсации, изморозей, т/пог.м дороги;
Qн - объем снега, испаряющегося со всей площади зоны действия устройства, т/пог.м дороги;
γ - плотность снега в отложениях в зоне действия снегозадерживающего устройства, т/м3.
Необходимо отметить, что по данной формуле величина Qз определяется при направлении господствующих ветров под прямым углом по отношению к снегозадерживающему устройству или близкому к нему. При отклонении этого угла от прямого следует вводить поправку на синус угла измененного направления ветра.
10.2. Примерные количественные значения величин, входящих в показатель объема снегоотложений
Объем снегоотложений Qз, как показывает формула (23), по сравнению с объемом полевого снегопереноса Qп имеет дополнительные величины К, Qc, Qн, γ. Установим их примерные количественные значения для различных видов снегозадерживающих устройств и для разных климатических и рельефных условий.
Количественные значения коэффициента К, учитывающего снегозадерживающую способность устройств, определяются процентом снега, откладывающегося у защит, от всего количества снега, переносимого в сечении данного устройства Qп. По данным различных исследователей, для различных снегозадерживающих устройств коэффициент К имеет следующие значения:
древесно-кустарниковые насаждения, многополосные с разрывами между полосами - К = 100 % или 1,0;
двухрядные решетчатые заборы с площадью просветов 35 - 50 % - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;
двухрядные переносные щиты с площадью просветов 35 - 50 % - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;
однорядные сплошные заборы - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;
однорядные решетчатые заборы с площадью просветов 35 - 50 % - К = 70 - 85 % или 0,7 - 0,85;
однорядные переносные щиты с площадью просветов 35 - 50 % - К = 65 - 70 % или 0,65 - 0,70.
Следовательно, при определении размеров снегозадерживающих устройств необходимо учитывать коэффициент К.
Количественные значения величины Qс, отложений снега от спокойных снегопадов, зависят от трех основных показателей: ширины образующихся снежных отложений, их высоты к количества выпадающего снега. Для дальнейшего рассмотрения примем форму и все параметры образующегося снежного вала по данным пунктов 9.1 - 9.4. В этом случае ширина снежных отложений при одинаковом виде снегозадерживающего устройства будет зависеть только от высоты этих отложений.
Высоту образующегося снежного покрова примем в пределах от 10 до 100 см.
Для полноты изложения на рис. 38 - 40 показано, какое количественное значение может иметь величина объема от снегопадов Qс в общем объеме отложений снега у различных снегозадерживающих устройств Qз при высоте снежного покрова от 10 до 100 см, замеряемого не в поле, а на закрытой площадке или на поляне в лесу и потому учитывающее и величину Qи.
На рис. 38 показано отношение Qс к Qз для однорядных щитов и заборов, на рис. 39 - для двухрядных щитов и заборов и на рис. 40 - для придорожных снегозащитных лесонасаждений, причем на рис. 40 это отношение показано при высоте снегоотложений в лесонасаждениях в 1,5; 2,0 и 2,5 м.
Рис. 38. Однорядные щиты и заборы
Рис. 39. Двухрядные щиты и заборы
Рис. 40. Придорожные снегозащитные лесонасаждения при высоте отложений снега в полосах 1 - 1,5 м, 2 - 2,0 м и 3 - 2,5 м
Рис. 38 - 40 показывают, что величина Qс может быть в пределах от 11 до 79 % от величины Qз (общего объема снегоотложений у устройства) и потому ее обязательно нужно учитывать при определении размеров снегозадерживающих устройств.
При определении количественных значений Qс и Qз принято, что весь выпадающий за зимний период в данном месте снег оказывается в зоне действия снегозадерживающего устройства. Остальная часть снегоотложений образуется за счет Qп, т.е. снега, приносимого к снегозадерживающему устройству с прилегающей к нему местности. Однако поскольку слои выпадающего и приносимого снега чередуются между собой, то для определения Qс делили все количество выпадающего снега по высоте на пять слоев и располагали их равномерно по высоте снегоотложений у данного устройства. Остающееся свободное пространство шло за счет заполнения Qп. Слои выпадающего снега откладывали, начиная с линии поверхности земли, так как обычно выпадение снега предшествует его переносу. Обработка данных метеостанций о сильных снегопадах показала, что в среднем ежегодно таких снегопадов бывает пять.
Произведенная нами экспериментальная проверка, путем разреза снегоотложений у снегозадерживающих устройств, подтвердила отложение снега слоями с разной структурой и несколько отличной плотностью, показывающими происхождение этих слоев от снегопадов и от отложений за счет снега, принесенного с окружающей снегозадерживающее устройство местности.
Для проектирования снегозадерживающих устройств нужно иметь данные об испарении снега с площади зоны действия устройств, т.е. с той площади, где приносимый и выпадающий снег лежит спокойно и перевеванию не подвергается. Испарение снега с этой площади приведет к уменьшению его толщины, что должно отразиться на рабочей высоте снегозадерживающего устройства. Испарение снега происходит не только в зоне действия устройства, но и на всей площади, расположенной вне этой зоны, и таким образом уменьшает толщину снега не только в зоне действия устройства, но и вне пределов этой зоны. Без особой ошибки можно принять, что величина испарения снега как в зоне действия устройства, так и за ее пределами одинакова. Тогда при установлении рабочей высоты снегозадерживающего устройства фактор испарения снега можно исключить и объем снегоотложений у устройства Qз можно определять без учета величины Qи.
Средняя плотность снега в отложениях у снегозадерживающих устройств зависит от высоты устройства. По данным различных исследователей, эта плотность такая:
при высоте снежного вала 2,0 м - 0,30;
» » 4,5 м - 0,35;
» » 7,5 м - 0,40;
» » более 7,5 м - 0,45.
