Способ определения оптимальной ширины лесной полосы при реконструкции Советский патент 1988 года по МПК A01G23/00 

со ISD

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к защитному лесоразведению.

Целью изобретения является повышение точности определения оптимальной ширины лесной полосы при реконструкции.

Согласно предлагаемому способу достигается высвобождение дополнительного количества пахотных земель за счет уменьшения ширины лесной полосы при сохранении ее полезащитной эффективности.

Способ осуществляется в три этапа слеующим образом.

I J Р„« (Z) - Р„о, (Z) dZ

Осущес твляют полного напора в высоте с наветрен точках с подветре лосы. Измерения бок Пито и двадц манометра. При эт ра на высоте флю потере полного на На каждой высот верхности находят мического сопроти ражению

Cf

2дР fu

uz

Первый этап. Получение исходны.х данных.

Осущес твляют одновременное измерение полного напора ветра в десяти точках по высоте с наветренной стороны и в десяти точках с подветренной стороны лесно й полосы. Измерения проводят с помощью трубок Пито и двадцатиточечного батарейного манометра. При этом измеряют скорость ветра на высоте флюгера в открытом поле. По потере полного напора лР В,ад -РПОЯЙ На каждой высоте Z от подстилающей поверхности находят коэффициент аэродинамического сопротивления С полосы по выражению

(1)

Изобретение относится к защитному лесоразведению. Цель изобретения - повышение точности определения. Проводят вырубку деревьев лесных полос (ЛП), умень- шая ширину ЛП до оптимального значения. Определяют оптимальную ширину ЛП путем сравнения зашитной эффективности вариантов реконструкции ЛП по трем критериям: степени снижения горизонтальной скорости ветра и размерам зоны влияния ЛП на -горизонтальную скорость (ветрозащитная эффективность), .степени снижения сдвиго- вого напряжения ветра у поверхностн почвы (почвозащитная эффективность), протяженности зоны, в пределах которой вертикальная скорость ветра направлена к поверхности, и по величине этой скорости (пылезащитная, снегорегулирующая эффективность). Эти критерии получают при расчете на ЭВМ параметров ветра по математической модели, описывающей взаимодействие ЛП с ветровым потоком. Наличие в модели ЛП учтено силой аэродинамического сопротивления ЛП, выраженной через коэффициент сопротивления и удельную поверхиость растительности, которые определяют экспериментально для типовой ЛП. Выбор окончательного варнан- ;та конструкции ЛП осуществляют исходя из оптимального сочетаиия всех защитных свойств. I з.п. ф-лы, I табл. S (Л

ГдеН - высота -л есной полосы.

Входящее в формулу (1) значение скорости U находят по результатам трех десятиU флГ Н z;;rz:

Н In

л9

Используя измерения скорости флюгера, определяют динамическую скорость набегающего потока V с помощью соотнощения

Z, +Z,

V

«Ф.- -574

-, (3)

где параметр шероховатости, вЫбирае- мый в зависимости от сельскохозяйственного фона с наветренной стороны.

Затем проводят таксационное обследование лесной полосы, для чего закладывают в полосе пробные площадки, число и размеры которых зависят от вида насаждений и требуемой точности исследо18ания для обеспе- чеиия статистической значимости полученных результатов. Обычно при коэффициенте вариации площадей суммы сечений у однородных насаждений, равном , отбирают десять, пробных площадок для обес- печения показателя точности 3%. На выбранных пробных площадках производят сплошной пересчет деревьев, измеряя их высоту и диаметры на высоте 1,3 м от шейки корня дерева. На модельных деревьях (т.е. деревьях со статистически средним диаметром и высотой насаждения) находят ветки со статистически средними диаметром основания, длиной и количеством ветвей и определяют на них площадь поверхности листьев любым известным способом. Затем определяют удельную поверхность элементов растительности лесополосы S как суммарную поверхность стволов, ветвей и,листьев в единице йбъема полосы.

20

MHjiyTHbix экспозиций измерения скорости на высоте флюгера Z. Для определения О применяют соотношение

Н -ь Z,

(In

- 1) - 1 (2)

.

0

C

0 5 0

При определений суммарной поверхности биомассы полосы целесообразно находить поверхность сложных ветвей деревьев по суммарной поверхности элементарных ветвей модельного дерева. Для этого измеряют диаметр и длину элементарных ветвей модельного дерева, а также диаметр основания сложной ветви и составляют регрессивную зависимость между диаметром основания сложной ветви и ее поверхностью, выраженной через поверхность элементарных ветвей, а поверхность сложных ветвей модельных деревьев лесной полосы вычисляют с помощью полученного видового.регрессивного уравнения.

Второй этап. Преобразование результатов измерений в набор профилей горизонтальной, вертикальной скоростей и касательного напряжения трения за лесополосой в различных вариантах реконструкции.

Осуществляют подбор вариантов реконструкции полосы, учитывая, что необходимо изменить ширину полосы без ухудшения защитных качеств полосы, удаление внешних рядов, проводить по стороны пашни, реконструкцию проводить двумя путями; изменением общей ипфины и увеличением расстояния между рядами в полосах уменьшенной ширины.

На основании моделирования взаимодействия потока с исходной лесной полосой и вариантов ее реконструкции определяют расчетным путем профили и. v, f . При расчете применяют математическую модель, представляюигую собери систему уравнений

для ветра, взаимодействующего в условиях турбулентного приземного слоя с проницаемой преградой,-конструкция и аэродинамиаиаи

Э „ей р . с э iz S

-1ЬЧЬй---1Ь))

iy + SW

Эх эг

1 /b ;

X с;

b К

де Г - масштаб турбулентности;

b - кинетическая энергия турбулентных пульсаций;

К - коэффициент турбулентной вязкости;,73; ,046;

,2- безразмерные коэффициенты пропорциональности;,4- постоянная Кармана.

Расчет проводится при следующих на- чальных и граничных условиях:

х 0; u , K xv,(Z + -bZ.); Ь С Ч ; Z 0; u w 0; x tX Z,; Z Z,; K-f K 0,

IO

где ZK - уровень над поверхностью почвы на котором влиянием лесополосы на характеристики потока можно пренебречь.

По результатам расчета профилей гори- .зонтальной скорости находят касательное напряжение трения t у поверхности по со- отнощению

.

OZ.

Третий этап. Сравнительный анализ пол ченных при расчете профилей и установление щирины лесной полосы.

При решении задачи снижения выдува- ния семян и всходов с помощью лесополосы; выбирают тот вариант реконструкции, при котором обеспечена максимальная и одинаковая в облиственном н обезлиственном состояниях дальность восстановления профиля горизонтальной скорости и до логарифми- ческого профиля.

Для защиты почвы от ветровой эрозии выбирают вариант реконструкции с макси с S

ческие особенности которых описаны количественно с помощью измерений (первый этап)

U v/u + W

+ 5

0

0

5

Q 5

мальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состояниях дальностью снижения касательного напряжения трения ( у поверхности.

Для защиты посевов от засекания выби раит вариант щирины лесополосы с мини- альной областью существования отрицательной вертикальной скорости наименьщей величины.

Пример. Реконструировалась типовая лесная полоса № 232 колхоза им. Ильича Выселковского района Краснодарского края. Полоса располагается с юга на север перпендикулярно господствующим (восточным) ветрам и имеет длину 865 м. Ширина лесополосы 21 м, слагающие породы: абрикос (первый и последний ряды), ясень обыкновенный и дуб. Деревья посадки 1958 г. На всей полосе объемом 108990 м и площадью 1,557 га высажено 5543 дерева.

На первом этапе определено Q 0,75, ,25 м/с, ,51 м/с, ,39 м-.

Результаты расчета эффективности исходной лесной полосы и различных вариантов ее реконструкции, полученные на втором этапе осуществления способа, приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что следует выбирать вариант 3 реконструкции исходной полосы № 232, соответствующей уменьщению щирины полосы до 10,5 м, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание ветрозащитной (по горизонтальной скорости), почвозащитной (по на- ;пряжению трения), пылезащитной (по вер- :тикальной скорости) эффективности, не ухуд- щая, а по некоторым метеорологическим показателям, даже улуцщая защитные свойства исходной полосы. Кроме того, этот вариант обеспечивает наименьшую разницу полей метеоэлементов между полосой с диствой и полосой без листвы, что является

важным при обеспечении эффективности работы лесной полосы в любое время года.

Реконструкция лесной полосы согласно предлагаемому способу (вариант 2) сводится к удалению с восточной стороны четырех 5 рядов деревьев, угнетающих дуб, при этом агролесомелиоратор руководствуется интуитивными соображениями о создании менее плотной конструкции данной лесополосы. Это приводит к сокращению ширины лесной 10 полосы всего до 15м. Такой способ определения ширины является менее точным, так как основан на субъективной качественной оценке и не подкреплен количественными по- |казателями защитной эффективности полосы ;.. Кроме того, расчет этого варианта реконст- рукции по предлагаемому способу (вари- янт 2) показывает, что он обладает худшими защитными свойствами.

В соответствии с предлагаемым способом проведена раскорчевка деревьев в ле- 20 сополосе № 232, в результате которой щири- jia полосы уменьшена с 21 до 10,5 м.

Осуществление способа на .примере лестной полезащитной полосы № 232 позволяет (асвободить 9Ш2,5 м пахотной земли. Про- jg .ведение pekorictpyKUriH tto jBCeM типовым полоса колхоза им. Ильича высвобождает в делом- по хозяйству не менее, 150 га пащни. Это означает, что в условиях Кубанских чер- -ноземов при урожае в 30 центнеров с гекта- ;ра может быть дополнительно только в од- ЗО jном хозяйстве получено не менее 450 т зер-; |на в год.

Формула U3d6j er&

I. Спосо б определения оптимальной щи- рины лесной полосы при реконструкции, 35 включающий обследование лесополосы, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности определения, при обледованин лесополос измеряют вертикальный профиль лолного напора ветра до и после полосы, замеряя при этом скорость ветра на высоте флюгера в открытом поле, определяют суммарную поверхность биомассы в единице объема полосы, результаты измерений преобразуют в набор профилей горизонтальной, вертикальной составляющих скорости ветра и касательного напряжения трения у поверхности земли за лесополосой в разл;1Ч- ных вариантах реконструкцин и устанавливают ширину полезащитной лесополосы по максимальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состоянии дальности восстановления логарифмического профиля горизонтальной скорости - для снижения выг дувания семян и всходов, по максимальной и одинаковой в облиственном и обезлиственном состоянии/дальности снижения напряжения трения для защиты почвы от ветровой эрозии, по минимальной области существования отрицательной скорости вертикальной наименьшей величины - для защиты посевов от засекания..

I

(

I

I

I

I

I

I

I

i

I

I

о

-

S

rI

f

о1

оI

i

i

I

I

i I I

I

i

I

J I

I