Факультет

Студентам

Посетителям

Исследование поверхностного стока в зарубежных странах

В дополнение к данным отечественных исследователей небезынтересно рассмотреть итоги работ в области исследования поверхностного стока на лесных и безлесных водосборных бассейнах а также на водосборах, пройденных сплошными и выборочными рубками, в различных странах.

Наряду с этим очень важно со поставить изменение стока в зависимости от лесистости водосборных бассейнов по данным зарубежных исследователей с нашими данными.

Влияние леса на поверхностный сток начали изучать с 1900 г Союз опытных станций по инициативе проф. Бюллера организовал наблюдения за поверхностным стоком в Еттенхельских горах Швейцарии. Изучение начато на двух соседних бассейнах, и которых один весь занят лесом, а другой совершенно безлесный.

Измерение стока осадков и исследования климата ставил своей целью установить влияние лесов на величину расхода атмосферных осадков на сток.

Детальную сводку этих исследований сделал впервые Энгле в 1919 г., затем в 1954 г. Бюргер опубликовал дополнительны данные по стоку с водосборных бассейнов Швейцарии.

В 1911 г. были организованы наблюдения за стоком на двух малых полностью облесенных водосборных бассейнах в штат Колорадо (США). Это была вторая серьезная попытка измерит влияние леса на сток.

После восьми лет измерений стока в одном бассейне проведены обнажения поверхности и снова продолжены исследования в течение последующих семи лет на обнаженном водосборе и на контроле. Они показали, что под влиянием вырубки лесной растительности сток увеличивается.

В 1928 г. Бейтс и Генри поставили вопрос о том, что, наряду с определением количества стекающей воды, очень важно выяснить, при каких условиях климата, почвы, топографии и изменении состава лесов происходит количественное изменение стока.

За последние годы, начиная с 30-х годов XX столетия, подведены итоги изучения стока в США, Японии и других странах по 39 малым водосборным бассейнам, из которых 12 водосливов было сооружено Лабораторией Коуита Лесного управления США (Alden Hibber, 1965). Исследования были приурочены к влажной горной области юго-востока США. Бассейн Коуита содержит 1740 га всхолмленных лесных площадей с многочисленными плотными, компактными, голыми скалами и отчетливыми водосборными бассейнами. Здесь в отдельные годы выпадает более 2200 мм осадков, из них до 200 мм в марте и до 100 мм в октябре.

На 12 водосборных бассейнах были проведены различные рубки, начиная от сплошных до выборочных.

В бассейне Коуита сосредоточены смешанные твердолиственные древостой с площадью сечения около 24 м2/га. Леса расположены на гранитах, покрытых продуктами их выветривания (песок и жирная глина) местами мощностью до 6 м.

На бассейнах Коуита, опытных и контрольных, изучена взаимосвязь между стоком воды, ее качеством и распределением стока во времени, проведены гидрологические наблюдения при естественном покрове. На водосборах устанавливались дождемеры и самописцы осадков, а также велись другие метеорологические наблюдения. Здесь в 1939 г. было распахано 9 га большого бассейна и устроена маленькая ферма, типичная для области; 1/3 площади засеяна маисом, одна часть использовалась как пастбище и остальная часть отведена под низкоствольный лес. В первый и второй годы после распашки практически не было изменений в стоке воды и эрозии почвы. На третий год начала разрушаться комковатая структура почвенных агрегатов. В короткое время поверхностный сток увеличился в 10 раз. При каждом выпадении атмосферных осадков с участка сносились тонны ила и щебня. В 1953 г. во время одного грозового дождя с 9 га было смыто 75 т камней и земли в течение 65 минут.

В 1941 г. примерно 60 га бассейна было обнесено забором, куда девять лет в летние месяцы загоняли восемь коров. Уже на второй год коровам нужно было добавочное кормление, так как все доступные листья и ветви на участке были съедены.

Через шесть лет снизилось впитывание воды на поверхности на 90%, а прирост древостоя упал на 50%. Сток воды в первые девять лет не изменился, однако на девятый год образовался непрерывный сток к водосливу. Следствием были летние паводки и эрозия.

Чтобы установить, сколько воды нужно самому лесу, удаляют всю или частично лесную растительность на проверяемом бассейне. Проводится вырубка или химическая обработка, чтобы лесная почва оставалась по возможности менее поврежденной. Все благоприятные свойства лесной почвы должны сохраниться, а транспирация воды должна уменьшиться или исключиться.

В 1940 г. примерно на 16 га бассейна была вырублена вся древесная и кустарниковая растительность. Весь порубочный материал оставался на площади. Условия удобрения почвы оставались такими же, как до вырубки древостоя. Влияние сплошной рубки на сток воды было огромным.

Без изменения распределения во времени и при одинаковом качестве в первый год после вырубки стекло на 375 мм осадков больше. С ростом поросли и возобновления сток постепенно уменьшался. Через десять лет подрост достигал 9 м, но сток воды был еще на 25% больше, чем перед вырубкой.

В феврале 1941 г. было вырублено примерно 14 га на большом бассейне. В противоположность предшествующему бассейну здесь каждый год после рубки вырубался подрост. В первый год после рубки сток воды был примерно на 65% выше, чем перед рубкой. При пересчете на площадь бассейна — примерно 430 мм осадков. На второй год после вырубки, после того, как поросль была срублена в первый раз, поверхностный сток составил 280 мм осадков и оставался неизменным в последующие годы.

Зимой 1948/49 гг. был вырублен с 28 га бассейна весь подрост высотой 3—6 м. Древостой имел общую площадь сечения 33 м2 на гектар, в том числе на подрост приходилось 7 м2. В первый год после рубки сток увеличился на 75 мм осадков. Через шесть лет он равнялся 33 мм, а через 10 лет был таким же, как перед вырубкой подроста. Подрост достиг прежней полноты и высоты.

В августе 1955 г. примерно на 33 га большого бассейна деревья и кустарники были обработаны ацетатом натрия на полосах шириной 10 м, расположенных перпендикулярно к стоковым канавам. Отмершие деревья были позже частично вырублены. При этом было исключено 50% всех древесных растений. Через пять лет обработка была повторена. В первый год сток повысился на 204 мм осадков, что соответствовало примерно 50% большого стока, измеренного после сплошной вырубки подроста на всей площади. Через пять лет сток воды понизился на 102 мм, так как корни деревьев и кустарников к этому времени занимали пространство обработанных полос.

Все эти исследования были проведены преимущественно на северных экспозициях. Результаты тех же мероприятий на южных склонах были совсем другие. Например, при сплошной вырубке на площади 16 га на южной экспозиции сток составил 155 мм осадков, т. е. 1/3 часть основного стока северной экспозиции. В 1954 г. началась третья фаза лесоводственной программы. Нужно было изучить значение идеальных определяющих факторов на сток. На основании полученных результатов надеялись позже активно воздействовать в желательном направлении на круговорот воды. В программу исследований входило:

1) исследование процесса осадков и эвапотранспирации над лесом;

2) исследование влияния лесной подстилки на круговорот воды;

3) описание объяснений накопления и движения почвенной воды;

4) измерение и объяснение стока запасов воды в бассейне.

С 1958 по 1960 г. примерно 9 га бассейна было раскорчевано и засеяно овсяницей. В 1960 и 1961 гг. при самой высокой траве изменений стока установлено не было. В 1961 г. при более низком травостое (7,4 т/га абс. сухого веса) сток составлял примерно 25 мм осадков. В 1964 г., когда абсолютно сухой вес травостоя равнялся 2,5 т/га, сток составил 180 мм осадков. Для сравнения эвапотранспирации лиственных и хвойных древостоев в 1955 г. на северной и южной экспозициях были посажены двухлетние сеянцы веймутовой сосны в количестве 5000 экз/га. До 1958 г. различий в условиях стока не наблюдалось.

В экспериментальном лесу Фернова, представленном смешанными твердолиственными древостоями, изучение питания рек подземными водами началось в 1951 г. на нескольких маленьких водосборных бассейнах в горах Олледжени и Западной Виргинии. Площадь сечения древостоев составляла 24 м2/га. Почва песчаная, подстилаемая глиной на глубине 1—1,5 м. Количество осадков невелико. Исследования были направлены на выяснение влияния сплошных рубок и лесозаготовительных операций на сток. Результаты этих исследований приведены в табл. 26.

Экспериментальный лес Эндрьюса, представленный хвойными породами, растущими на маломощных суглинках и глинах, подстилаемых вулканическим туфом, расположен на западных склонах каскада Рэндж в Орегоне. Характеризуется значительными осадками, выпадающими в зимние месяцы, и скудостью дождей в середине лета.

Изучением этого объекта предусмотрено определение влияния вырубки леса на сток. Выявлено небольшое увеличение стока после каждой фазы лесозаготовок, хотя они и проводились здесь на небольших площадях.

Экспериментальный лес Фразер, расположенный на высоте 3200 м над уровнем моря, находится в скалистых горах Колорадо. По составу древесных пород и количеству выпадающих осадков он близок к нашим условиям. Количество осадков равно 762 мм, из них 75% приходится на долю снега. Средний слой стока воды 283 мм. В составе древостоев преобладает ель. Почвы песчаные и глинистые, сформированы на гранитах, подстилаемых глинами на глубине 2,5 м.

В течение 1954—1957 гг. 40% площади было пройдено промышленными рубками с расчетом естественного возобновления вырубок.

Следует отметить результаты экспериментальных исследований стока на малых водосборных бассейнах правительственной лесной экспериментальной станции в Японии (Hidenori Nakato, 1965).

Наблюдения проводились на водосборах: 1) Камикава Кататани, 2) Камабухи, 3) Татсунокухивама Минамитани, 4) Татсунокухивама Китатани, 5) Вегон Ухил Гап. Данные по стоку относятся к водосборным бассейнам, пройденным рубками главного пользования. Очень небольшое увеличение после рубки в течение трех лет обнаружено на четвертом водосборе и в течение двух лет на пятом. Слабый сток колеблется от 0,4 до 29,64 мм, или соответственно от 0,06 до 2,13%. Общая амплитуда колебания незначительного увеличения стока по всем водосборам колеблется от 3 до 149 мм, или от 0 до 14% на пятом водосборе.

Значительное увеличение стока — более 5% — обнаружено на первом водосборе в течение одного года (12,69 мм, или 16% от нормы). На третьем водосборе сток более 5% наблюдался в течение 11 лет в пределах от 0,62 до 8,25 мм, или от 4 до 84%. На четвертом водосборе — от 0,24 до 7,43 мм, или от 2 до 74%, и на пятом — только от 0,20 до 1,09 мм, или от 1 до 5% от средней нормы стока в размере 5%.

Удаление лесного полога повышает поверхностный сток и ускоряет процессы снеготаяния в первой половине периода снеготаяния. Обычно низкий сток в этот период увеличивается после рубки из-за повышения температуры воздуха и инсоляции, вызывающих повышение стока на 12,69 мм, или на 16%

Ежегодный сток на малых водосборных бассейнах в горных условиях при удалении лесной растительности зависит от топографии местности, количества выпадающих осадков и других условий водосборного бассейна, в частности от интенсивности фильтрации воды в почву и условий увлажнения почвы в предшествующий стоку период.

В условиях засушливого климата периоды с незначительными дождями очень слабо увеличивают или почти не увеличивают сток. Однако в первые годы после рубки при отсутствии травяного покрова и плохом развитии кустарников и в засушливые годы может происходить некоторое увеличение стока.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: