10.3. Повторяемость объемов снегоотложений
Снегозадерживающие устройства должны проектироваться на расчетный показатель с определенным сроком повторяемости.
В своей работе еще в 1961 г. нами доказано, что срок этот зависит не от вида снегозадерживающего устройства и не от категории дороги, а от возможной величины объема снегоотложений. За прошедший период нами собраны и проанализированы данные о натурных замерах объемов снегоотложений по всем железным дорогам Казахской ССР за длительный период. По многим дорогам удалось собрать такие данные, начиная с 1947 - 1948 гг., что составило период в 25 лет - срок достаточный для выводов. По некоторым дорогам имеются данные даже с 1935 - 1936 гг., т.е. за 37 лет.
Эти данные подтвердили выводы 1961 г. и показали, что:
при объемах снегоотложений до 150 м3/м - срок их повторяемости через 10 лет;
при объемах снегоотложений от 150 до 600 м3/м - срок их повторяемости через 1,5 лет;
при объемах свыше 600 м3/м - срок их повторяемости предположителен через 30 - 35 лет.
10.4. Определение объемов снегоотложений
Методом, дающим в результате его использования величину Qз, т.е. объем снегоотложений с учетом всех слагающих этот объем величин (коэффициент снегозадерживающей способности устройства - К, объем снегоприноса - Qп, объем отложений от твердых атмосферных осадков - Qс и плотности снега в отложениях - γ), является пока метод натурных замеров.
Несмотря на то, что метод натурных замеров дает интегральную величину Qз, он все же не свободен от ряда недостатков.
Объемы снегоотложений замеряются у разных по виду и типу снегозадерживающих устройств и поэтому величины (К - коэффициент снегозадерживающей способности, отношение и γ - плотность отложений) могут оказаться различными для одних и тех же условий климата и местности.
Коэффициент К наибольший в снегозащитных лесонасаждениях, но зато в них наименьшая плотность отложений и наибольшее отношение . У решетчатых заборов все эти величины имеют противоположное значение.
Следовательно, при применении метода натурных замеров нужно стремиться к тому, чтобы брать замеры, по возможности, у одинаковых видов снегозадерживающих устройств. Наиболее правильно эти замеры брать у придорожных снегозащитных лесонасаждений или у многорядных решетчатых устройств.
Используя данные натурных замеров у других видов снегозадерживающих устройств, для приведения их к показателям у придорожных снегозащитных лесонасаждений, необходимо вводить поправочные коэффициенты на величины К и γ.
Недостатком метода натурных замеров является и то, что объемы снегоотложений по этому методу могут быть получены только для тех районов и для тех дорог, где эти замеры производятся.
Недостатком может являться и то, что замеры производились недостаточное число лет. Этот недостаток можно исправить, используя метод аналогии, если на соседней, близлежащей дороге замеры производились достаточное число лет.
Метод аналогии был предложен автором в 1961 г. Массовый анализ натурных замеров объемов снегоотложений на поперечниках, расположенных на достаточно близком расстоянии друг от друга, показал, что влияние на эти объемы климатических элементов исключается и различие этих объемов зависит лишь от разной длины полос снегопереноса. Данное положение дает возможность применять метод аналогии.
Имея замеры объемов снегоотложений за положенное число лет на каком-либо поперечнике, можно этот поперечник принять за аналог и, пользуясь им, определить объемы снегоотложений за те же годы для любого другого поперечника, расположенного поблизости от него. Для этого на поперечнике, где требуется определить объем снегоотложений за большее число лет, достаточно замерить объемы снегоотложений за 1 - 2 года. Затем определить отношение объемов, полученных на данном поперечнике, к объемам, полученным за тот же год на поперечнике-аналоге, и, пользуясь этим отношением, определить для искомого поперечника объемы снегоотложений за все годы, за которые имеются данные об объемах снегоотложений на поперечнике-аналоге.
Допустим, имеются объемы снегоотложений на поперечнике-аналоге за n лет:
Qa1, Qa2, Qa3, ..., Qan.
На искомом поперечнике имеем замеры за последний год, т.е. Qиn.
Отношение объемов искомого поперечника к объемам поперечника-аналога:
Тогда объемы снегоотложений на искомом поперечнике за предыдущие годы будут:
Qи1 = mQа1, Qи2 = mQа2, Qи3 = mQа3
и т.д.
В «Указаниях по производству изысканий и проектированию лесонасаждений вдоль автомобильных дорог» (ВСН-33-66, Гипроавтотранс Минавтошосдора РСФСР, 1966 г.) метод аналогии рекомендуется использовать, принимая за аналог объемы снегоприносов, определенные методом учета интенсивности переноса снега по формуле Д.М. Мельника.
Подробное описание метода аналогии и пояснения по его применению при аналоге по натурным замерам приведены в «Указаниях по закладке снегомерных пунктов на автомобильных дорогах Казахской ССР и производству на них замеров снегоотложений» (А.А. Кунгурцев и О.Г. Витковский, 1973 г.). Подробное описание применения метода аналогии при аналоге по объемам снегоприноса, определяемых по формуле Д.М. Мельника, приведено в ВСН-33-66.
11. КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД СНЕГОЗАДЕРЖАНИЯ НА ПОЛЯХ И У ДОРОГ
11.1. Сущность метода
Значение снегозадержания на полях для повышения урожайности общеизвестно. Умело и вовремя примененное снегозадержание даже в годы, вполне благоприятные для произрастания сельскохозяйственных культур, повышает их урожайность на 20 - 30 %, а в неблагоприятные - в 2, 3 и даже 4 раза (М.Т. Струков (1947 г.), В.П. Мосолов (1953 г.), П.С. Денисов (1954 г.)).
В связи с большим значением снегозадержания на полях и лугах становится непонятным такое, весьма частое, явление, когда по обе стороны дороги находятся оголенные от снега поля, а рядом с дорогой - огромные сугробы снега, принесенного с этих полей. В этом случае должен возникнуть вопрос, а правильно ли делают дорожники, задерживая снег около дорог такими огромными сугробами, приносящими к тому же и вред для дорог. Конечно, неправильно, снег нужно задерживать не у дорог, а на соседних с ними полях и лугах. Впервые эта мысль была высказана А.С. Чернявским (1893 и 1912 гг.), который внес предложение о развитии снегозадержания на соседних с дорогами полях, чтобы уменьшить принос снега к дороге.
В 1953 г. этот вопрос вновь был поднят крупнейшим специалистом по снегу Г.Д. Рихтером.
Указанными исследователями выдвинуто следующее принципиальное предложение: добиваться уменьшения общей массы переносимого снега закреплением его на месте выпадения, для чего борьбу необходимо перенести с мест аккумуляции, т.е. у дорог, на площади его сдувания, т.е. на поля.
Безусловная правильность этого предложения не подлежит никакому сомнению. Имеющиеся примеры наглядно это подтверждают - там, где совхозы и колхозы регулярно проводят на полях снегозадержание, к дорогам приносит значительно меньше снега и даже вообще может его не приносить.
Но известно и то, что весьма часто совхозы и колхозы проводят работы по снегозадержанию не регулярно, а иногда и вообще не занимаются снегозадержанием. В таком случае дорожники не могут быть уверены в действенности этих мероприятий и вынуждены рассчитывать только на свои силы и средства. Однако и в этом случае отказ от комплексного метода снегозадержания на полях и у дорог будет неправильным.
Если дорожникам только самим приходится заботиться о задержании снега, без помощи совхозов и колхозов, то и в этом случае следует применять комплексный метод снегозадержания, но только в несколько ином виде - задержание приносимого к дорогам снега необходимо производить не на площади сдувания, а рядом с дорогой, но не сосредоточенным валом, как это делается в настоящее время, а тонким слоем на уширенной полосе (см. рис. 41). Толщина этого слоя должна быть такая, чтобы снег не вредил посевам, а, наоборот, способствовал повышению их урожайности. Впервые этот принцип был предложен в 1914 г. П.Я. Янковским и вновь поднят автором настоящей работы в 1954 г.
Рис. 41. Схемы снегозадержания:
а - сосредоточенным валом, б - тонким слоем на уширенной полосе
Толщина снежного покрова на уширенной полосе задержания Н будет складываться из толщины естественно образующегося в данном месте снежного покрова h1 и из искусственного увеличения толщины этого покрова за счет задерживаемого слоя снега h2 (см. рис. 41).
Поскольку поставлено условие, что общая толщина снегового покрова Н не должна вредить посевам, а должна, наоборот, способствовать их урожайности, то необходимо определить эту толщину для разных условий.
Воздействовать на величину Н мы можем только второй ее составляющей, т.е. величиной h2, так как первая составляющая h1 при расчетах должна приниматься постоянной и равной средней толщине снежного покрова для данных условий.
Величина h2 существенна лишь при наличии в данном месте озимых посевов, так как они требуют сохранения в почве на глубине узла кущения (на глубине в среднем 3 см от поверхности земли) температуры от -5 до -15°. Понижение или повышение температуры против указанного предела приводит к гибели озимых.
Для определения возможной величины h2 воспользуемся зависимостью минимальной температуры почвы на глубине 3 см от минимальной температуры воздуха и высоты снежного покрова, полученной А.М. Шульгиным (1954 г.).
Полученные данные о возможной толщине искусственно созданного снежного покрова Н при плотности его 0,25 приведены в таблице 21. Из таблицы 21 видно, что на всей территории СССР, за исключением западной половины европейской части, толщина задерживаемого слоя снега h2 даже на озимых посевах может быть 30 см и более, а на других полях может быть еще больше.
Таблица 21
|
Территория СССР |
Средняя месячная температура воздуха в январе, град |
Толщина снегового покрова, см |
|
|
|
|
средняя многолетняя h1 |
возможная при обеспечении на глубине узла кущения -5° и плотности 0,25 Н |
|
Азиатская часть |
-10 |
10 |
40 |
|
|
-15 |
30 |
90 |
|
|
-20 |
50 |
150 |
|
|
-25 |
70 |
200 |
|
|
-30 |
50 |
200 |
|
Европейская часть |
-10 |
10 - 50 |
40 |
|
|
-15 |
30 - 50 - 60 |
90 |
|
|
-20 |
70 |
150 |
Примерная ширина полосы задержания снега у дорог L при предложенном нами принципе может быть найдена из уравнения:
(24)
где Q - объем задерживаемого снега, м3/м дороги;
q - объем задерживаемого снега на полосе задержания, м3/м2.
В таблице 22 приведена примерная ширина полосы задержания снега для различных районов СССР.
Таблица 22
|
Наименование района |
Q |
q |
Примерная ширина полосы задержания, м |
|
Степи юго-востока европейской части СССР, Западной Сибири и Северного Казахстана |
200 - 500 (до 1000) |
0,3 |
600 - 1600 до 3300 |
|
Лесостепи юго-востока европейской части СССР и Западной Сибири |
100 - 300 (до 500) |
0,3 |
350 - 1000 до 1600 |
|
Лесостепи Пензенской, Тамбовской, Орловской, Курской и Воронежской областей. Степи северо-востока Украины и Волгоградской и Ростовской областей. Полупустыни и пустыни Казахстана севернее 45-й параллели |
50 - 175 (до 250) |
0,3 |
200 - 600 до 800 |
|
Лесные районы восточной половины европейской части СССР. |
50 - 100 (до 150) |
0,3 |
200 - 350 до 500 |
|
Лесные районы азиатской части СССР до Полярного круга |
25 - 75 (До 100) |
0,3 |
100 - 250 до 350 |
Вышеизложенное позволяет утверждать, что применение снегозадержания тонким слоем на уширенной полосе вполне возможно на 85 - 90 % протяженности железных и автомобильных дорог нашего Союза, поскольку дороги в основном проходят по полям и лугам, где увеличение толщины снегового покрова принесет только пользу.
Работы по задержанию снега у дорог тонким слоем на уширенной полосе в первое время должны производиться дорожными организациями, их средствами и за счет их финансирования.
11.2. Рекомендуемые способы задержания переносимого снега тонким слоем на уширенной полосе
При применении предлагаемого нами метода все современные способы задержания снега у дорог (переносные решетчатые щиты, постоянные заборы, древесно-кустарниковые насаждения и т.п.) становятся непригодными. Для этого метода более пригодны способы снегозадержания и снегонакопления, применяемые на полях и лугах.
Однако, рассматривая последние с точки зрения пригодности для задержания снега у дорог, мы одновременно оцениваем их с позиций наибольшей пригодности и эффективности для снегозадержания и снегонакопления на полях и лугах.
Для наилучшего произрастания сельскохозяйственных культур кроме толщины и плотности снежного покрова большое значение имеют равномерное распределение покрова на каждом однородном, по высеянным культурам, участке поля и регулирование его толщины на различных участках поля. Эти требования могут быть достигнуты только правильным назначением высоты снегозадерживающих устройств и расстояний между их рядами.
Высота снегозадерживающих устройств должна назначаться равной запланированной толщине задерживаемого слоя снега.
