t 1

I. Ветроломные лесополосы
Трансформация турбулентной структуры ветра при
прохождении через лесополосу ажурной конструкции
V
V´
Vв´
Vг´
Ĺ
Vв
L
Vг
Конструкция лесополос
2. Плотная лесополоса
Конструкция лесополос
3. Ажурная лесополоса
Конструкция лесополос
4. Плотная в верхнем и среднем ярусах и продуваемая
в нижнем ярусе лесополоса
Ширина ветроломных лесополос
Ширина Ширина
полос междуряди
й
Суммарный
дефицит
испарения
Преобладающие
типы и подтипы почв
< 50 мм
Серые лесные почвы,
выщелоченные и тучные
черноземы
11 м
1,5 м
50-150 мм
Типичные, вторичнокарбонатные и южные
черноземы
14 м
2м
150-250
мм
Темно- и светлокаштановые почвы
20 м
3м
Типы климата
Ширина межполосных клеток
H
b
l`м`акс
lмакс
lм̀акс
скорость ветра на незащищенном поле
скорость ветра в межполосном пространстве
урожайность на незащищенном поле
урожайность в межполосном пространстве
l = f (H)
В < l
Ширина межполосных клеток
Суммарны
й
дефицит
испарения,
Дальност
ь
Рекомендуемы
е
защитног
размеры
о
ячейки, В, м
влияния,
l, м
Преобладающие
типы и подтипы
почв
Расчетная
высота
лесополос,
Н, м
< 50
Серые лесные,
выщелоченные и
тучные черноземы
21
650
650х1600
50-100
Типичные и втор.карбонатные
черноземы
17
500
500х1600
100-150
Южные
черноземы
13
350
350х1300
10
250
250х1100
8
160
160х800
мм
150-200 Темно-каштановые
>200
Светлокаштановые
II. Водопоглощающие лесополосы
(расчет на ливневой сток)
VR
VQ + V`Q
VU
VD
VP
Водный баланс лесополосы
Приходная часть:
Расходная часть:
• VХ – осадки,
непосредственно
выпадающие на
лесополосу;
• VQ – сток с
межполосного
пространства во
время дождя;
• VQ` – после его
окончания
• VP – впитывание воды
в почву лесной
полосы;
• VD – поступление воды
в лесную подстилку;
• VU – склоновый сток
в лежащее ниже
межполосное
пространство
Приходная часть водного баланса
Коэффициенты фильтрации по
разным данным
Кф для чистых
Кф для
грунтов (принятые
естественных
в инженерной
лесов
геологии)
Суглинки
Супеси и
тонкозернистые
пески
Пески
мелкозернистые
< 0,07 мм/ мин
0,1м/сут
Серая лесная
1,9 – 2,4 мм/мин почва на
0,07-1,4 мм/ мин (до 16,7 мм/мин) лессовидных
суглинках
0,1 – 2,0 м/сут
1,4 – 7 мм/мин
2,0 – 10 м/сут
2,4 – 3,9 мм/мин
Пески
7 – 20 мм/мин
среднезернистые 10 – 30 м/сут
Песчаная
подзолистая
Классификация почв по водопроницаемости
Механический состав почв
Структур
а
Типы и подтипы
почв
Высокая
водопрочн.
Суп.,
Песч.
Песч слабо
задерн
.
Гл.,
т.с.
Сс.,
л.с.
щебнис
т.
Черноземы
тучные, обыкн.
IV
V
-
-
-
Средней
устойчивости
Черноземы
выщелоч., оподз.;
серые лесные;
т.кашт., луговые
черноземовидн.
II
III
IV
-
-
Неустойчивая
Подзолист.;
св.серые лесные;
св.кашт.; солонцы
I
II
III
IV
V
Кривые зависимости интенсивности впитывания воды в почву от интенсивности дождя
рп мм/мин
V
1,8
1,6
1,4
IV
1,2
III
1,0
0,8
II
I
0,6
0,4
0,2
0
0,2
0,6
1,0
1,4
1,8
2,2
2,6
х
r мм/мин
Выбор наиболее невыгодного
ливня (T, х)
Тип климата
5. Высокая
повторяемость
сильных ливней
4. Средняя
повторяемость
3. Низкая
повторяемость
сильных ливней
Класс почв
I
II
III
IV
V
100
40
20
6
2
0,23
0,42
0,66
1,37
2,4
75
0,22
45
30
0,41
20
15
0,63
10
5
1,23
4
1,5
2,22
1
0,22
0,4
0,6
1,03
1,9
Интенсивность ливней
3 - низкая повторяемость сильных ливней; 4 – средняя; 5 - высокая
Зависимость слоя стока от
продолжительности дождя, t
t3
t2
t1
я
на
он
ор
ос
ть
ци
по
то
к
а
а
тр
ль
фи
Ин
сп
ос
об
но
ст
ь
Ск
t, мин
Расходная часть
E
Q
F
VD
K
А
O
P
H
M
S
VP2+3
VP1
VP4
J
C
U
N
G
Т
Т`
t
Данные по изменению инфильтрационной
способности серых лесных лёссоватосуглинистых почв в зависимости от возраста
древостоя (Тростянецкая лесная дача, Сумская обл.)
11-летнее дубовое насаждение
1 мм/мин
26-летнее
–“ –
1,85 мм/мин
44-летнее
–“ –
3,22 мм/мин
Старый естественный лес без
скотобоя
Старый естественный лес, сбитый
скотом
16,7 мм/мин
2,22 мм/мин
Расчетная инфильтрационная
способность лесных почв
Класс почв
Рл, мм/мин
I
0,8
II
1,0
III
2,0
IV
3,5
V
4,5
Задержание воды в лесной подстилке
• Луг с редкой травой, пашня – 10 мм (1-3 мм)
• Луг с густой травой, мох, лес – 20 мм
• Таежный растительный покров – 30 мм
d = 15 мм
Поглощение стока талых весенних вод
Расчетные параметры
Приходная часть:
• s – водоотдача из
снега, зависящая
от интенсивности
снеготаяния;
• P=0
Расходная часть:
• Pмл – расчетная
инфильтрация
воды в мерзлую
лесную почву;
• d` - задержание
воды в снежном
шлейфе
III. Противоэрозионные
лесополосы
• Крутизна склона
• Характер поверхности (локальная
крутизна)
• Длина склона
• Инсоляционная экспозиция
• Ветровая экспозиция
Размещение противоэрозионных полос
Гумусовый горизонт
b1
В1
В2
b2
М`
v
кр
О
Л1
Л2
М
Расчетная часть
Приходная часть водного
баланса лесополосы
•
Vx — объем воды в осадках, выпадающих
непосредственно на лесополосу
Vx = x · t · b,
Где х — интенсивность ливня, t — продолжительность ливня, b — ширина лесополосы (расчет
проводится на погонный метр длины лесополосы) ;
•
VQ - объем воды, приходящий на лесополосу со стоком с вышележащего пространства
VQ = Q · t = ω · v · t,
Где Q — расход воды, v — скорость потока, ω — площадь поперечного сечения потока, в случае
расчета плоскостного потока на 1 м опушки лесополосы площадь равна слою стока h
h = (x-pп) · t, где pп — инфильтрация воды в почву на поле
v = C · Im · Rn, где С — скоростной коэффициент, принимается как 13,5; I — уклон поверхности;
R — гидравлический радиус потока, в нашем случае равный слою стока h; показатели
степени равны: m = 0,9, n = 1,12
Итак,
•
VQ = C · Im ʃ hn · h dt= C · Im ʃ [(x-pп) t ] n+1 dt, [0,T]
VQ' — объем воды, приходящий на лесополосу после окончания ливня с остаточным
стоком
VQ' = C · Im ʃ (hT — pпt)n+1 dt, [0, T ']
где hT - слой стока, достигнутый к моменту окончания ливня
Расходная часть водного
баланса лесополосы
E
Q
F
VD
K
t1: X + Q = Pл, где Рл — инфильтрация в лесную почву
b · x + C Im [(x-pП) t]n+1 = b · pЛ
А
P
H
VP4
J
t2 = T - t1
t3: Q' = PЛ
C Im (hT-pП·t)n+1 = b · pЛ
t3 = [hТ - (b pЛ / C Im) 1/n+1 ]/ pП
t4 = T ' - t3
•
Vp1 — объем воды, поглощенный лесными почвами за время t1
Vp1 = x · t1 · b + С Im ʃ [(x — pП) t]n+1 dt, [0, t1]
•
VP2+3 - объем воды, поглощенный лесными почвами за время t2 + t1
VP2+3 = pЛ · b · (t2 + t3)
•
VP4 — объем воды, поглощенный лесополосами за время t4
VP4 = C · Im ʃ (hT — pпt)n+1 dt, [0, t4]
•
Vd — объем воды, задержанный лесной подстилкой
Vd = d · b
C
U
N
G
Т
t1 = [b (pЛ-x) / C Im (x-pП)n+1] 1/(n+1)
S
VP2+3
VP1
O
M
Т`
t
Расчет предельной длины склона между
противоэрозионными лесополосами
v кр = C I1m [(x — pП) t1]n
B1 = ʃ v dt = C Im (x-pП)n ʃ tn dt, [0, t1]
B1 = C Im (x-pп)n t1n+1 / n+1
t1n = [ B1 (n+1) / C Im (x-pп)n] n/(n+1)
v кр = f (B1, I1) = f (B2, I2)
B2 = f (B1, I1, I2)