Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние лесных насаждений на деформацию берегов среднетаежных рек Европейского Северо-Востока

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Влияние лесных насаждений на деформацию берегов среднетаежных рек Европейского Северо-Востока"

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕСОВОДСТВА И МЕХАНИЗАЦИИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

ГЛАЗУНОВ Юрий Борисович

УДК 630*116.81

ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ДЕФОРМАЦИЮ БЕРЕГОВ СРЕДНЕТАЕЖНЫХ РЕК ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА

0C.03.03 «Лесоведение и лесоводство,

лесные пожары и борьба с ними»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва — 1992

Работа выполнена во Всесоюзной научно-исследовательском информационном центре по лесным ресурсам СССР.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук В.В. Рубцов

Официальные оппонентм: доктор сельскохозяйственных наук, •профессор В.Г. 1аталов доктор сельскохозяйственных наук Н.П.Калмниченко

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны природы (ВНИИпрйрода)

Завита состоится______!_____________1992 г. в____часов на

заседании специализированного совета К 028.01.01 при Всесовз-ном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском инстуте лесоводства и механизации лесного хозяйства по адресу: 141 200, г. Пуакино Московской области, ул. Институтская. 15 ' '

С диссертацией мовно ознакомиться в библиотеке ВНИИЛМ.

Автореферат разослан_______________________1992 г..

Ученый секретарь

специализированного совета С.В.Цареградская

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На Европейской Севере с целью охраны ек от загрязнения и сохранения благоприятных условий для оспроизводства ценных промысловых рыб выделены "запретные по-осы лесов". Их общая площадь равна 8 млн. га, или 43% от пло-ади лесов первой группы региона и 472 от площади запретных олос Европейско-Уральской части РСФСР.

Позитивное влияние лесов запретных полос на состояние рек прибрежной территории обусловлено комплексом защитных функ-ий лесных насаждений, которые выполняются ими неоднозначно, риоритетность той или иной функции существенно зависит от азмещения прирусловых насаждений вдоль размываемых или намы-аемых берегов, где выражены разные негативные процессы: разив берега или вынос речных наносов на пойму. Последнее опре-еляет необходимость дифференцированного подхода к размещению проведению лесохозяйственых мероприятий. Вместе с тем, это ажное положение не учитывается при организации лесного хо-яйства в лесах запретных полос Европейского Севера. Последнее о многом обусловлено слабой изученностью влияния разных на-аждений на деформации размываемых берегов таёжных рек региона.

Изучению этого вопроса с целью совершенствования лесоводс-венных мероприятий, направленных на снижение негативных пос-едстви.й от размыва берегов посвящена настоящая работа.

Проведенные исследования являются составной частью научно-сследовзтельских работ, выполненных в 1980-1989 г.г. в инсти-уте "Союзгипролесхоз" и ВНИИЦлесресурс в соответствии с пла-ами НИР Гослесхоза СССР и Госкомлеса СССР. (N.roc. регистрации 01840044400, 01890060478). • . •

Цель исследований - изучить характер влияния лесных насаж-ений на деформацию размываемых .берегов.больших и малых рек, азработать рекомендации по совершенствованию лесоводственных ероприятий в прирусловых лесах вдоль размываемых берегов рек редней тайги Европейского Северо-Востока РСФСР.

Научная новизна. Для условий средней тайги Европейского еверо-Востока: определены количественные характеристики пла-овой и высотной деформации облесённых и безлесных берегов рек. связи с основными её определяющими факторами, установлен ззличный характер влияния лесных насаждений и деревьев на де-ормацию размываемых берегов больвих и малых рек, установлена ерегозащитная роль прирусловых насаждений вдоль малых рек.

Практическаа значиыость и реализация_результатов работы,

эзработаны рекомендации по совершенствованию лесоводственных ероприятий в прирусловых лесах вдоль размываемых берегов рек -le i j 3

средней тайги Европейского Северо-Востока РСФСР. Их применена позволит: предотвратить потери ценной древесины, а такме негативные последствия, обусловленные падением деревьев в реки f результате размыва берега, уменьшить деформацию размываемы) облесенных берегов. Результаты исследований включены в "Рекомендации по ведении лесного хозяйства в пойменных лесах Европейского Севера", разработанные ВНИИЦлесресурс (1989) по задании Госкомлеса СССР.

Обоснованность и достоверность научных выводов I рекомендаций обеспечивается многолетними (1980-1989 г.г. исследованиями, применением точного фотограмметрического метода наблюдений, болыкм объёмом экспериментального материала i его обработкой статистическими методами с применением ЭВМ. :

Личный вклад автора. Сбор материалов произведен лично автором или при его непосредственном участии в процессе полевы: работ. Им разработана методика обработки экспериментальной материала, произведены обобщение и анализ параметров деформа^ ции размываемых берегов с учётом её основных опреде'лявпих фак торов на больших и малых реках,, разработаны рекомендации m совершенствовании лесоводственных мероприятий в прирусловы: лесах вдоль размываемых берегов таёмных рек.

. Фототеодолитная съёмка берегов и. обработка её материало] на фотограмметрических приборах выполнены Л.А.Рабкиным, за чт автор вырамает ему искренние признательность и благодарность.

Апробация. Основные результаты исследований доломены на III научно-практической конференции молодых учёных институт "Совзгипролесхоз'ЧИ.,1987 ), 1У всесоюзной научной конференци ИГУ "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессе в различных природных условиях" (X.,1987), Всесоюзной науч но-технической конференции "Роль проектных и научных разрабо ток в ускорении научно-технического прогресса лесохозяйствен ного производства" (К,,1988), Всесоюзном научно-техническо совещании "Ведение хозяйства в водоохранных лесах" (Яом кар-Ола, 1990), Всесоюзном научно-техническом советник "Песо пользование в лесах различных категорий замитности'ЧМ., 1991) В законченном виде работа рассмотрена в отделе лесоводственно экологических нормативов ВНИИЦлесресурс и в отделе лесовоДств ВНИИЛН.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в сем работах.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, мести глав выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 14 названий и восьми приложений; Изложена на 264 страницах, со дервит-27 таблиц и 28 рисунков.

4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Мнения о характере и степени влияния леса на деформацию )азмываемых берегов рек неоднозначны. Многие лесоводы отмечают :пособность леса сокрамать смещение речного русла, которая троявляется в результате армирования берегов корневыми систе-<ами С Г.С.Башкиров, 1951 ,1958: А.Р.Ореховский. 1972; 5.Г.1аталов, 1974.1975; А.В.Побединский, 1977,1979; А.В.Побединский, Р.С.Чурагулов,1975; М,Е.Ткаченко,1939; В.Т.Николаен-*о,1970, 1980; А.К.Денисов. 1963; А.П.Клинцов, 197"3; В.П.Бяллович, 1963, 1970; В.А.Афанасьев. 1972-, 1974; М.В.Рубцов. 1973, 1981 , 1983; Н.П.Калиниченко, 1979 и др.). Вместе с тем отмечается, что в определенных условиях лесные насаждения и крупные церевья могут способствовать разрушению размываемых берегов [М.Е.Ткаченко, 1939; А.Д.Дубах, 1936; В.И.РутковскиА, 1948; Г.И.Карелин, 1950; А.А.Молчанов, 1960; Г.А.Харитонов. 1973; В.А.Афанасьев, 1974; В.Г.Маталов, 1974; М.С.Мелехов, 1980; М.В.Рубцов, 1981, 1983). Многие учёные указывает на ограниченную берегоукрепительную способность леса в связи с больмой.высотой берега и сравнительно невольной глубиной проникновения основной массы корней (К.И.Прохоров, 1937; С.Т.Алтуиии, 1939; И.Б.Терехов.1946; Н.И.Маккавеев.1955; В.Р.Карлин и др.,1971; В.А.Афанасьев,1972, 1974; И.А.Кузьмин. 1973; В.Г.Иаталов, 1975; М.В.Рубцов, 1981,1983; А.А.Дерюгин, 1981,1983 и др.).

При оценке берегозацитной роли леса часто не учитываются гидрологические условия и геоморфологическое строение берегов. Вместе с тем, исследователями руслового процесса этим факторам отводится ведущее значение •входе плановых переформирований меандрирующих рек (Н.И.Маккавеев, 1955; Н.И.Маккавеев, Р.С.Чалов, 1986; И.В.Попов, 1969; В.Н.Михайлов. 1975; Б.Ф.Сниченко, 1980; Н.Е.Кондратьев, 1959; В.А.Виноградов, 1973; М.М.Гендель-ман.1975; А.Н.Ляпин, 1973). Вопрос о берегоза«итной роли леса в исследованиях руслового процесса рассматривается крайне ред-ко(Н.И.Маккавеев, 1955,1961).

Имеется три метода, позволяюцие определять количественные характеристики смешения размываемых берегов: непосредственных измерений на профилях, гидроморфолигический и с применением фототеодолитной съёмки. Первый наиболее прост в техническом отношении, но требует значительных затрат труда в полевых ус- ■ ловиях (В.А.Афанасьев. 1972,1974, А.А.Дерюгин. 1978 ; М.В.Рубцов,1983 и др.). Гидроморфологический метод позволяет ретроспективно изучать плановав переформирования речных русел за многолетний период на основе сравнения аэрофотоснимков и карт разных лет съёмки. Для исследования влияния леса на деформацию берегов этот метод использовался Л.В.Лесовской (1970. 1973,

5

1978,1979) на р.Десне, ft.fi,Дерюгиным (1983) и К.В.Рубцовы] (1963) на Европейском Севере. Выводы, сделанные на основанш этих исследований существенно различаются.Наиболее точно характеристики плановой и высотной деформации берегов позволяет определить метод с применением фототеодолитной съёмки. В практике работ по изучению влияния леса на деформацию берегов это! метод не применялся. В настоящей работе использовалась наземная фототеодолитная съёмка.

Экспериментальные исследования влияния леса на деформацм размываемых берегов немногочисленны. Особенно редко встречаются работы, посвященные изучению характера влияния на деформацию берегов различных по структуре лесных насаждений и отдельных деревьев разных пород.

2. ПРОГРАММА. МЕТОДИКА. ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Программой исследований предусматривалось изучение основных гидрологических характеристик рек в районе проведения исследований и выбор объектов наблюдений, определение параметров излучин, геоморфологического строения берегов и характеристик прибрежных насаждений на объектах: измерение основных параметров деформации облесённых и безлесных (залуженных) берегов: изучение корневых систем упаввих в результате подмыва деревьев и определение параметров кома грунта на них: анализ влияния лесных насахдений и отдельных деревьев на деформацию размываемых берегов с учётом определяющих её факторов на больвих и малых реках.

Исследования проводили в Коми АССР на реках Сысоле (487 км) и её притоке Тыбью (73 км) с типом руслового процесса свободное меандрирование, наиболее распространенном на Европейском Севере. Река Сысола относится к больмим, р, Тыбью - к малым рекам (ГОСТ 17.1.1.02-77). Водный режим изучен по данным трех гидрологических постов ГМС. Иа р.Тыбью был оборудован временный водомерный пост, где проводились измерения уровней и расходов воды.

Для изучения процесса размыва облесённых и безлесных берегов на р.Сысоле заложено 29 опытных участков, длина которых -4,6 км. Район исследований охватывал около 60 км по длине реки. На 22 опытных участках наблюдения за деформацией осуществляли методом стационарной фототеодолитной съёмки, которую производили 1 раз в год при минимальных уровнях воды в летнюю межень. Она позволяла с высокой точностью определять показатели планового смещения и коэффициент извилистости линии берега, высоту л крутизну берегового уступа, плоцапъ размыва прирусловой территории и объём обрушивяегося в реку грунта за период 6

между съёмками. При обработке снимков на стереоавтографе (1318) составляли планы опытных участков, на которые наносили береговую линии, деревья,и пни. На планах с интервалом 2 ми проводили профили, на которых измеряли смещение берега за год. Всего за период наблюдений на 22 опытных участках было произведено 66,5 тыс. измерений планового смещения бровки берега. Динамику высотной деформации изучали на 265 профилях берегового уступа, которые строили по данным фототеодолитной съемки. Профили размечали в типичных по деформации местах на каждом облесенном и залуженном выделе. Общая длина опытных участков, где проводили фототеодолитную съёмку, составила 4,4. км, в т.ч. выделав облесённых и с вырубкой - 2,9 ки, залуженных - 1,5 1км. За годы наблюдений в прибрежную зону размыва попали 881 дерево и 284 пня.

На пяти опытных участках р.Сысолы изучали динамику разрушения берегового уступа в различные фазн его затопления в половодье. На них проводили плановую съёмку, при которой фиксировали местоположение береговой линии.

Аналогичный способ съёмки использовался на р.Тыбьв, где были заложены 2 опытных участка длиной 100 м. Здесь на фиксированных профилях с интервалом 1 м изучали динамику планового смещения линии берега. В 1987-1989 г.г, на размываемых берегах р.Тыбью изучали формирование ниш подмыва 8 деревьев ели и пихты на 12. фиксированных профйлях.

Кроме того на р.Тыбью было проведено обследование берегов (7,1 км), при котором.на выделах отмечали форму уступа берега, его высоту и угол наклона отдельных элементов. В прибрежной полосе проводили перечислительную таксацию насаждений.

На всех опытных участках была произведена съёмка глубина залегания на береговом уступе слоев грунта разного гранулометрического состава. Параметры излучин с опытными участками измерены на аэрофотоснимках. Характеристику прибрежных насаждений в зоне размыва определяли по данным фототеодолитной съёмки, позволявшей установить породу, диаметр и высоту деревьев в насаждениях без густого подлеска и подроста.На тех участках, где проводили плановую съёмку на местности, а также там, где бт-дельные деревья были трудно различимы на фототеодолитных снимках, характеристика насаждений определялась перечислительным методом на пробных площадях.

Устойчивость деревьев и характер производимого ими при падении воздействия на уступ берега во многом обусловлены строением их подземной части. ■ На р.Сысоле были изучены характеристики корней и определены параметры кома грунта на них у 72 деревьев сосны, ели и берёзы, упавших к подножию береговоЬ уступа в результате его размыва. Совокупность корней и грунта, =5 -1С I 0 7

увлекаемых деревом при падении в реку, условно была названа "опорой дерева". Определяли максимальнуп и среднюю толщину опоры, её линейные характеристики, площадь и объём кома грунта, длину обломанных и оборванных корней, их диаметр в месте облома или обрыва, массу корней по их ступеням толщины, массу и объём грунта.

В процессе исследований был получен достаточный объём экспериментального материала, позволивмий установить основные закономерности влияния лесных насаждений и отдельных деревьев разных пород на деформацию берегов больмих,и малых рек, разработать рекомендации по совервенствованию лесоводственных мероприятий в прирусловых лесах вдоль размываемых берегов . рек средней тайги Европейского Северо-Востока.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Река Сысола (487 км) имеет площадь водосбора 17200 км . Средний многолетний расход воды у поста "Койгородок." - 39,4 м8/с, у поста Первомайский - 105 м3/с. Опытные участки располагались равномерно по длине реки на .удалении 205-261 км от устья.

Река Тыбью (73 км) впадает в р.Сысолу на расстоянии 232 км от её устья. Минимальный из измеренных нами расходов воды -0,8 м8/с , максимальный - 111 м3/с.

Гидрологический ремим рек характеризуется низкой зимней меженью, непродолжительным половодьем с резким подъёмом и спадом воды, летней меженью с незначительными дождевыми паводками.

На р.Сысоле длина опытных участков, на которых применялась фототеодолитная съёмка, изменялась от 99 до 265 м. Они располагались на вогнутых размываемых берегах излучин, находящихся в различных стадиях развития: коэффициент развитости составлял от 1,08 до 2,72; угол разворота - от 82°до'220°. Участки включали 43 облесённых и 22 залуженных выдела. Длина облесённой части составляла от 27% до 100Х длины участков. В насаждениях распространены смежанные хвойные и лиственные высоко- и сред-неполнотные древостой с преобладанием в составе сосны, ели, берёзы и осины. Их средний возраст составлял 60-110 лет. На опытных участках р.Тыбью произрастали смеяанные высокополнот-ные насаждения с участием в составе сосны, ели, пихты, березы и осины, в возрасте 60-75 лет.

Геоморфологическое строение берегов в пределах опытных участков было сравнительно однородным. Распространены грунты лёгкого механического состава, аллювиальные дерновые почвы. Высота берегов на р.Сысоле равна 2,9-4,1 м, на р.Тыбью -В

3,5-4,0 м.

4. ДЕФОРМАЦИЯ ОБЛЕСЕННЫХ И БЕЗЛЕСНЫХ БЕРЕГОВ НА р.СЫСОЛЕ

На 22 опытных участках р.Сысолы величина планового смещения берега, измеренная с применением фототеодолитной съёмки, в среднем за период наблюдений составляла от 0,4 до 3,8 м/год. Средняя площадь размыва прирусловой территории и объём обрушившегося в реку грунта, приведенные на 10 м длины берега, изменялись соответственно от 4 до 35 м2/год и от 14 до 140 м3/год.

Изменения среднегодовых величин смещения берега в целом соответствовали колебаниям среднего, и максимального уровней половодья, Как правило, смещение было наибольшим в годы с относительно высокой водностью (1981, 1982) , и наименьшим - в маловодные годы (1984, 1988). Вместе с тем, указанная закономерность не всегда соблюдалась. Например, в маловодной 1988 г. на 232 выделов величина смещения превышала среднюю за .годы наблюдений, что, по-видимому, обусловлено локальной спецификой руслового процесса.

Случаев остановки размыва берега прирусловыми насащдениами зафиксировано не было'. Как правило, по длине опытных участков наблюдалось постепенное и однонаправленное изменение величины смещения берегового уступа.Уничтошенная за период наблюдений прибрежная зона имела вид неровного клина. Такое развитие деформации было обусловлено постепенным изменением угла подхода потока к берегу при развороте излучин. .«Смеяные выдели, как правило, достоверно различались по - величине деформации. В большинстве случаев различия вызывались характерным для данного участка изменением интенсивности размыва по его длине. Смещение берега на облесённых' выделах было как меньше, так и больше смещения на залуженных выделах, что определялось ходом руслового процесса.

Специфическое влияние лесных насаждений на деформацию отмечено на 4 опытных участках. На уч. 6 в пределах облесенного (6С4Б, 60 лет, полнота - 0,8) и залушенного выдела, деформация была однородной как по характеру, так и по величине. На границе этихвыделов образовалась ступень за счет вдающегося в русло залушенного выдела. Величина смещения на облесенном выделе была в 1,5 раза меньшей,- чем на лугу. На двух участках (8 и 16) незначительные по протяжённости (18 и 20 м) выделы, с за» росляыи ивы образовали выступы на фоне соседних залуженных вт Ъелов. При этом средняя величина смещения на облесенных и залуженных выделах была примерно одинаковой.

На участке 14 береговой уступ был сложен торфом, лежащим на прослойке тяжёлого суглинка. Деформация имела необычный характер: размывался подстилающий суглинистый слой, торф намокал , и обруживался отдельными кусками, величина которых увеличивалась при армировании грунта корнями. На облесённом выделе (?Б1Е10с, 10 лет. полнота 0,5) интенсивность смещения берега постепенно уменьшалась вниз по течению, и затем возрастала на залуженном выделе.

Выступы, образованные на участках под влиянием насаждений являлись временным препятствием русловому потоку и уничтожа-дись в течении 3-5 лет. Это приводило к выравниванию береговой линии,

5. ХАРАКТЕР ВЛИЯНИЯ ДЕРЕВЬЕВ НА ДЕФОРМАЦИЮ РАЗМЫВАЕМЫХ БЕРЕГОВ РЕК

5.1.Структура корневых систем и параметры опор упав-*их в русло деревьев

При воздействии ветра на надземную часть дерева ' и размыве берега основная нагрузка приходится на определенную часть корней, которая вместе с грунтом, скрепленным зтими корнями, образует опору дерева. При падении деревьев опоры выворачивается и обрушиваются в русло реки. Параметры опор обусловлены структурой и кассой корней (Мк). Последняя (Мк) существенно определяется породой и диаметром (Д) деревьев. Зависимость Мк от Д выражается уравнением параболы третьего порядка (г=0,88—0.941, При Д=< 30 см максимальное значение Мк в опоре отмечено у березы, а при Д больше 30 см - у ели. Масса корней, обрывающихся при падении дерева и остающихся в береговом уступе, невелика по сравнению с общей массой корневой системы. Масса корней существенно влияет на массу грунта в опоре. В связи с тем, что Мк зависит от Д. установлена связь массы грунта (Мг, кг) с диаметром деревьев. Например, для деревьев ели она выражается уравнением: Мг=-0,0808Д3+ 6,002Дг- 93,БД + 504. при г=0,74. В опорах деревьев диаметром от 15 до 40 см масса сухого грунта, обрушивающегося в русло реки, изменялась от 0,2 до 2,4 т и составляла в среднем у деревьев сосны - 0,9 т, ели -около 1,5 т и березы - 1,3 т.

Общая масса опор (Мг+Мк) значительно превосходит массу надземной части деревьев. Массивная подземная часть в 3-5 раз понижает центр тяжести деревьев, повывая тем самым их устойчивость. Наиболее резкое увеличение массы опор отмечается примерно с диаметра 25 см у деревьев сосны и с 20 см - у ели и березы.

Морфометрические характеристики опор (диаметр, толщина, площадь и др.) также обусловлены спецификой строения корнерых 10

систем, зависят от породы и возрастают с увеличение« диаметра деревьев. Наименьшие параметры опор отмечены у деревьев сосны, а максимальные - у ели. У деревьев березы они, как правило, занимают промежуточное положение. Исключением является толщина опор березы, которая, начиная с диаметра деревьев 25 см возрастает и превышает толщину опор ели.- В среднем объем опор у деревьев сосны диаметром 15-40 см равен 0,91 м , у ели и березы он существенно не различался (соответственно 1,35 и 1,32 м ),

5.2 Характер влияния деревьев на деформации берегов : больших рек

Отдельные деревья производят локальное воздействие на деформация размываемых берегов, ограниченное размерами и структурой их корневых систем. Основная масса (более 70У.) корней' сосредоточена в верхнем слое почвы.толщиной 15-20 см. Горизонтальная проекция корневых систем- ассиметрична и так«е локализована в пространстве вокруг дерева. ;

Корневые системы деревьев, оказавшихся в ходе планового смещения берега на краю берегового уступа, способны сдерщивать размыв верхних горизонтов почвы. Нище их берег размывается более интенсивно. В результате под деревьями образуются ними подмыва, По мере их развития устойчивость деревьев постепенно снимается. По бокам от деревьев, где корненасыщенность уменьшается, уступ берега размывается по всей его высоте. Это приводит к образованию вдающихся в русло фестонов. Они испытывают большую нагрузку со стороны потока, чем смежные с ними участки берега. Усиленный размыв обусловливает постепенное обращение корневой системы и снимение силы сопротивления корней, удерживающей дерево в вертикальном положении. Под действием сильных порывов ветра, характерных для долин больших рек, деревья падают, выворачивая оставшуюся (со стороны берега) часть опоры. На её месте в береговом уступе образуется полуцирк. Затем он срабатывается русловым потоком и береговая линия выравнивается.

В приведенной общей схеме деформации берега отдельные ее этапы могут не наблюдайся. Фестоны или полуцирки могут не образовываться, если их параметры меньше величины смещения берега или если ветровал дерева происходит до подмыва корневой системы. Фототеодолитной съёмкой на р.Сысоле фестоны были зафиксированы у ¿У/, деревьев и 31% пней, полуцирки - у 152 деревьев и 77. пней, попаввих в зону размыва за период наблюдений. При смещении берега до 1 м/год число деревьев, сформировавши фестоны, в 3 раза-превышало число деревьев, в результате падения которых образовались полуцирки; при смещении более 3 м/гпд полуцирки наблюдались в 2 раза чаще, чем фестоны. С

И

увеличением общей интенсивности смещения берега влияние на него деревьев ослабевает.

Продолжительность периода устойчивости деревьев, в течение которого они предохраняют, от размыва локальный участок берега, обусловлена следующими факторами: интенсивностью размыва и геоморфологическим строением и высотой берегового уступа; аэродинамическими свойствами речной долины; структурой и биомассой корневых систем; характеристиками ствола и кроны, а также расположенных в непосредственной близости деревьев.сдерживающих , порывы ветра и повыжавщих устойчивость подмытого дерева благодаря переплетению корневых систем.

Результирующий эффект воздействия дерева на деформацию .обусловлен относительными размерами фестона и полуцирка, которые зависят от размеров опор и устойчивости деревьев.

Зафиксированные фототеодолитной съемкой фестоны имели следующие средние и экстремальные (в скобках) параметры; среднюю жирину - 0,7 м (0.1 - 2,0 м), максимальную ширину - 1,1 м (0,4 -3,5 м), шаг (основание) - 3,8 м (1,4 - 11,0 м) и площадь -2>8 мг(0,2 - 17,5 м2). Параметры полуцирков: среднее смещение берега в полуцирке - 0,8 м (0.2 - 1.9м). максимальное смещение - 1,4 м (0,3- 3,2 м), жаг-4,3м (0.8 - 11,3 м) и площадь 4,2 м2 (0,2 - 21.2 м2).

Деревья сосны образовали примерно в 4 раза больше фестонов, чем полуцирков, имевших наименьшие размеры, по сравнению с елью и березой. Это обусловлено относительно небольшими опот рами, формируемыми сосной. Наибольшие параметры фестонов и полуцирков наблюдались у ели. Деревья ели и березы формируют примерно одинаковое количество фестонов и полуцирков. Фестоны, образованные березой (особенно группами деревьев), чаще сохранялись 2-3 года, в то время как фестоны деревьев хвойных пород разрушались потоком в течение года. Площадь полуцирков, образованных елью, превышала площадь фестонов с диаметра деревьев более 10 см. У деревьев сосны и березы такое превышение наблюдается с диаметра более 20 см. Большие деревья, особенно ели, способствуют смещению размываемых берегов рек. Сосна обладает лучшей способностью сдерживать деформацию размываемых берегов, по сравнению с елью и березой.

Группы деревьев на участках р.Сысолы сформировали примерно в 2 раза больше фестонов, чем полуцирков. При этом фестоны часто сохранялись 2-3 года и их площадь была больше, чем у отдельных деревьев. Средние параметры полуцирков, образованных группами деревьев, не значительно отличались от параметров фестонов. Группы деревьев лучше, чем отдельные деревья, сокращают деформацию берегов.

Пни на вырубленных участках формировали больше фестонов (почти 12

в 5 раз), чем полуцирков. При этом средние ширина и площади фестонов почти в 2 раза превосходили соответствующие показатели полуцирков. Группы пней также формировали больше фестонов (в 3 раза), чем полуцирков. При этом полуцирки, образованное группами пней, встречались крайне редко и отмечены только в четырех случаях. Такое положительное влияние пней на деформации берегов объясняется отсутствием у них опрокидывающего момента надземной части деревьев и армирующей способностью' оставшихся у пней корней.

5.3. Характер влияния деревьев на деформацию берегов малых рек.

На малых реках, вследствие сравнительно небольших расходов • воды и энергии, потока, деформация берегов менее представлена и происходит со значительно меньшей интенсивностью, чем на больших реках. Это определяет специфику влияния деревьев на деформацию берегов малых рек.

По данным обследования в низовьях р.Тыбыг размываемые берега были представлены на 19% длины прямых и Ьогнутых берегов. Наиболее интенсивный размыв сосредоточен в вершинах излучин, где поток направлен непосредственно к берегу под большим углом. На опытных участках р.Тыбью, расположенных в таких экстремальных условиях, в половодье берег разрушался локально в отдельных местах, длина которых составляла 1-5 и ширина 0,4 -0,5 м. За годы наблюдений на двух участках средняя величина смещения берега была сравнительно небольшой - 0,25 и 0,5 м/год.

В вершинах излучин, где береговой уступ разрушался наиболее интенсивно, как облесенные, так и залуженные берега имели обрывистую форму. Здесь наблюдалось падение деревьев. На одно* из облесенных выделов опытных участков падение группы деревьев привело к значительному (на фоне слабого размыва) локальному смещению берега. Вместе с тем упавшие деревья встречались только на отдельных участках, длина которых составляла 12% от общей протяженности обл«сенных прямых и вогнутых берегов, обследованных в низовьях р.Тыбью. Это обусловлено незначительной представленностью участков с интенсивным размывом берега на малых реках.

При слабом размыве ниши подмыва деревьев формируются постепенна. В. нижнем течении р.Тыбью глубина таких ниш достигала 1.5 м. а их высота - 1,6 м. В процессе формирования ниш подмыва опори деревьев отделяются от берега и проседают, или наклоняются. не отделяясь от берега, и ложатся на дно ниши подмыва. В первом сличае между берегом и просевшей опорой образуется

13

ступень. Смененные опоры деревьев часто образует уступ у русла реки. В результате формируется 4 характерных типа строения берега: ступенчатая (П) и наклонная (Н), без уступа Ш.НП и с уступом СПг.На) и русла. В низовьях р.Тыбью они представлены иа 50 X длины облесенных прямых и вогнутых берегов. Преобладали типы строения берегов Пг и Нг.

Установлено, что ступейчатые и наклонные берега способны формировать деревья диаметром 5-10 см и больше. В наклонном положении лучше удерживаются деревья диаметром до 20-25 см. На опытных участках р.Тыбью при формировании ниши подмыва угол наклона деревьев увеличивался в среднем на 2-3° в год и достигал 18°. При отклонении дерева от вертикали на угол, величина которого меньше критического значения, падения дерева не происходит и горизонтальная составляющая силы тяшести способствует его сползанию вместе с опорой. Деревья, сместившиеся вместе с опорами, укореняются.

Просевшие и наклоненные опоры деревьев, как правило, не размываются. Это обусловлено тем, что поток, обладавший сравнительно слабой энергией, контактирует в основном с горизонтальной плоскостью опоры, которая наиболее насыщена* корнями деревьев и имеет повышенную устойчивость к размыву. В результате деформация берегов прекращается или значительно замедляется. • .

В. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ЛЕСОВОДСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИИ В ПРИРУСЛОВЫХ ЛЕСАХ ВДОЛЬ РАЗМЫВАЕМЫХ БЕРЕГОВ РЕК :

■ "Размыв берегов обусловливает негативные экономические и экологические последствия. По нашим расчетам, только на реках Вычегде и Сысоле в среднем ежегодно размывается около 80 га прибрежной территории, в т.ч. 35 га со спелыми и перестойными древостоями, из которых на хвойные приходится 25 га. В результате уничтожения последних в указанные реки поступает не менее 5 тыс. м3/год ценной древесины, стоимость которой (по прейскуранту 07-01) - около 40 тыс. руб.. По другим расчетам, в целом на Европейском Севере ежегодно размывается 2 тыс. га покрытой лесом площади, в результате уничтожения, спелых и перестойных насаждений в реки поступает в среднем не менее 35 тыс. м3 древесина, в т.ч. хвойных пород - около 25 тыс. м3/год (М.В.Рубцов, 1983). Япавжие в реку деревья представляют серьёзную опасность для судоходства, образуют заторы сплавляемой древесины, выносятся в половодье на пойменные сельскохозяйственные угодья , загрязняют воду. На малых реках в местах падения деревьев образуются мощные завалы в виде плотин, которые спо-14

собствуют заболачиванию прибрежных территорий и препятствуют проходу лососевых видов рыб на нерест.

При организации лесного хозяйства в прирусловых лесах по размываемым берегам необходимо учитывать особенности деформации берега и характер влияния на неё лесных насаждений на больших и малых реках.

На прирусловой территории вдоль размываемых берегов больвих рек лесохозяйственные мероприятия, направленные на формирование целесообразных насаждений, должны планироваться с учётом возможности выращивания древостоев до возраста рубки.

1ирину прирусловой полосы (В. м), на которой нецелесообразно проводить лесохозяйственные мероприятия, следует определять для каждого таксационного выдела (насаждения) с учетом среднего смещения берега (С, м), установленного возраста рубки' (А, лет) и возраста древостоя (Ад, лет); В=С(А-Ад). Значение величины (С) можно принять, равной.: 1 м/год - на расстоянии 100-200 км от истока рек: .1,5 м/год на 200-300.км; 2 м/год -на 300-500 км и 3 м/год - на расстоянии более 500 км от истока рек. Прибрежная .территория такой ширины будет уничтожена в процессе смещения русла до наступления возраста рубки древостоя.

На остальной части поймы, не вошедшей в указанную полосу, лесоводственные мероприятия должны направляться на формирование высокополнотных смежанных по составу насаждений в соответствии с условиями произрастания. При выборе главных пород на повышенных участках центральной поймы предпочтение следует отдавать сосне, а на других дренированных участках - березе. Ельники способствуют деформации размываемых берегов рек'.

Для предотвращения падения деревьев в реки и связанных с этим негативных последствий вдоль размываемых берегов рек целесообразно периодически производить рубку древостоев, в которых средний диаметр превыжает 16 см. С учетом вышеуказанной скорости смещения берега (С) ширина такой полосы может составлять 10 м и 20 м на расстоянии соответственно 100-200 км и более 200 км от истока рек. Через 7-10 лет, когда русло вновь приблизится к насаждениям, рубку следует повторять. Многолетний опыт таких периодических рубок вдоль р.Сысолы и других сплавных таежных рек на Европейском Севере подтверждает целесообразность их проведения. Кроме того, как показали исследования. рубка по размываемым берегам в определенной мере способствует сокращению их смещения.

Применять выборочные и постепенные рубки вдоль размываемых берегср бользих рек не оснований. Последнее обусловлено тем, что сформировать целесообразные нзсаадения из предварительного й сопчт<-тв»»!цего рпзобновления практически невозможно, т.к.

15

они будут уничтожены до возраста рубки в процессе размыва прирусловой территории. Необходимо так«е учитывать, что в спелых и перестойных насаждениях вдоль размываемых берегов больших рек преобладают, (не менее 70к) средне.(до 0,6)- и низкополнот-ные древостой, в которых выборочные и постепенные рубки нецелесообразны по лесоводственным требованиям.

В спелых и перестойных древостоях вдоль размываемых берегов больших рек целесообразно производить сплошную узколесосечную рубку с сохранением подроста хвойных и лиственных пород, подлеска и почвы. Такие древостой не образуют крупных массивов. Они размерны локально, в основном на дренированных , участках поймы между старицами и заболоченными депрессиями, значительно деконцентрированы вдоль рек. На 1 км размываемых 'берегов больших рек приходится в среднем 0,3 га спелых и перестойных насаждений, в т.ч. хвойных - 0,2 га. В связи с этим концентрация рубок на большой территории практически невозможна, площадь лесосеки, как правило, не может превышать 0,5 га, а ее ширина - 50 м и реже (в березняках) - 100 м. Рубку следует производить в зимний период до наступления интенсивного снеготаяния. Нельзя применять тяжелую технику, которая значительно повреждает почву, подрост и подлесок. Порубочные остатки необходимо собирать и сжигать до начала половодья, чтобы предотвратить их поступление в реки, пойменные водоемы и на сельскохозяйственные угодья. С этой же целью до половодья необходимо производить вывозку древесины, если не планируется ее сплав по реке,

В таежной зоне по размываемым берегам больших рек создавать берегоукрепительные сооружения в сочетании с облесением берегового уступа целесообразно для сохранения сельскохозяйственных угодий, а также особо ценных насаждений (памятников природы, исторических событий и культуры народа, лесокультур' ного дела и др.)

На узких вырубках в течение двух лет хорошо (не менее 3 тыс. экз./га) возобновляется береза. Густые заросли березы надежно выполняют стокопоглотительную функцию и являются кормовой базой бобров, численность которых в таежной зоне значительна и постоянно растет. Создавать лесные культуры на вырубках вдоль размываемых берегов рек нецелесообразно, т.к. они будут уничтожены в процессе размыва прибрежной территории. На малых реках смещение размываемых берегов наиболее выражено на участках, расположенных в вершинах излучин, которые по длине этих рек представлены незначительно. На таких участках, где происходит падение деревьев, целесообразно производить рубку на полосе шириной 5 м с целью предотвращения образования завалов. 1ирина полосы определена с учетом величины среднего сые-¡6

щения берега (до- 0,5 м/год) и десятилетнего периода, в течение которого русло реки помет приблизится к насаждении.

ВЫВОДИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ .

Выполненные исследования позволили сделать следующие основные выводы и предложения для условий средней тайги Европейского Северо-Востока:

1. Для изучения влияния лесных насаждений и отдельных деревьев на деформацию размываемых берегов рек целесообразно применять фототеодолитную съемку, позволявшую с достаточно высокой точностью измерять параметры плановой и высотной деформации берега, а также биометрические характеристики деревьев, расположенных в зоне видимости.

2. Критерием, в целом отражающим интенсивность деформации берегов, является водность половодий, определяющая гидрологи-чесчкие характеристики руслового потока, от которых прежде всего зависит специфика и мощность размыва берегового уступа. Влияние леса на деформацию берегов может рассматриваться только с учетом Сна фоне) гидрологических и других факторов, определяющих русловой процесс.

3. При прочих равных условиях влияние леса на деформацию берегов в целом определяется характером воздействия деревьев на размыв уступа берега. На больших реках этот процесс обусловлен рядом Факторов и происходит по общей схеме: 1) образование корневой системой дерева фестона (выступа) в ходе планового смещения берега, 2) сработка этого фестона русловым потоком, 3) образование полуцирка (выемки) в уступе берега вследствие падения дерева, 4) сработка полуцирка и выравнивание линии берега.

4. При однородной интенсивности размыва берега на параметры фестонов и полуцирков, а следовательно и на период их сра-ботки русловым потоком," влияит параметры опор деревьев. Последние определяются размерами зоны в грунте, в пределах которой корни воспринимают нагрузку при падении дерева в случае потери им устойчивого равновесия в результате размыва берега и воздействия ветра на его надземнуи часть. Параметры опор деревьев существенно обусловлены структурой и массой корней. У всех пород с увеличением диаметра деревьев возрастае'т масса корней, воспринимавших нагрузку, и соответственно увеличивается масса, объем и морфометрические показатели (диаметр, площаль. толщина) опор. Основное механическое сопротивление падения1 дерева оказывают корни диаметром более 3 см, объем которых в опорах составляет 75-80%, в т.ч. 40-50/! - корни диа-

17

метром более 10 см.

Корни деревьев обладают значительной способностью скреп-т лять грунт. В опорах деревьев диаметром 15-40 см на единицу С1 кг) массы сухих, корней приходится в среднем у сосны - 16 кг, ели и березы - около 20 кг сухого грунта. Касса грунта и корней в опорах значительно превосходит массу надземной части деревьев. Массивные опоры повышают устойчивость деревьев и способствуют образованию фестонов. Вместе с тем, увеличение параметров опор, наблюдающееся при повышении диаметра ствола (особенно у ели), обусловливают увеличение размеров полуцирков в береговом уступе и-^ смещение берега после падения деревьев в . русло реки.,

5. Параметры фестонов и полуцирков зависят от параметров опор и размещения деревьев, интенсивности размыва берега и возрастают с увеличением диаметра ствола.

По сравнению с другими породами деревья сосны обладают лучшей способностью локально сдерщивать деформацию размываемых берегов. Большие деревья, особенно ели, способствуют смещению размываемых берегов больших рек.

Группа«деревьев лучше, чем отдельные деревья, сокращают деформацию размываемых берегов, что обусловлено их повышенной устойчивостью к воздействию ветра. Повышение густоты древосто-ев способствует сокращению размыва берега.

Рубка древостоев приводит« сокращению деформации размываемых берегов больших рек. . Это обусловлено ликвидацией опрокидывающего момента надземной части деревьев и армирующей способностью оставшихся у пней корней.

Деревья, (пни) оказывают локальное влияние на деформацию-размываемых берегов больших рек. Временное сокращение смещения в фестонах компенсируется затем его увеличением в полуцирках, образуемых после сработки потоком фестонов и падения деревьев в русло реки. -

6. На больших таешных реках лес не мо*ет остановить деформацию размываемых берегов. Это обусловлено большими руслофор-мирующими расходами воды в половодье, большой высотой таких береговС 3-4 м), сосредоточением в их верхней части (до 0,3 м) основной массы корней деревьев и интенсивным подмывом нише ее уступа оерега. На отдельных участках излучин рек лесные насаждения периодически задерживают смещение берегов, образуя локально выступы, вдающиеся в русло реки. Такие выступы являются временным препятствием русловому потоку и уничтожаются им в течение 2-3 лет. что приводит к выравниванию береговой линии.

7. На малых таежних реках лес способен предотвращать и останавливать размыв берегов на значительной их протяженности. Последнее ио^сливлено, прежде всего, сравнительно слаоой ин-

18

тенсивностью деформации берегов таких рек и в связи с этим специфическим влиянием деревьев на размыв берегового уступа. При слабом и более длительном размыве уступа берега опоры деревьев. удерживаемые корнями со стороны берега, постепенно наклоняются или проседают. В этом случае они закрывают размываемую часть- берегового уступа и останавливают ее деформацию. Это объясняется тем, что русловой поток, обладающий значительно меныей энергией, чем на больвих реках, не способен размыть опору деревьев, армированную корнями. При этом устойчивость опор к размыву повывается в связи с тем, что поток часто контактирует с верхней частью опор, где корни размещены горизонтально. С удалением от устья малых рек ослабевает энергия потока и повывается берегозащитная роль леса. Берегозащитная роль леса на малых реках имеет важное значение, т.к. такие реки (длиной до 400 км) преобладают в регионе как по количеству (99%), так и по протяженности (89%).

8. В прирусловых лесах, произрастающих вдоль размываемых берегов больших рек, лесохозяйственные мероприятия, направленные на формирование целесообразных насаждений, должны, планироваться с учетом возможности выращивания древостоев до возраста рубки. На той части поймы, где такая возможность имеется, необходимо формировать высокополнотные сомкнутые и смешанные по составу насаждения. На повышенных участках центральной поймы в качестве главной породы следует выращивать сосну, в на других дренированных участках - березу.

9. Для предотвращения падения, деревьев в русло в узкой полосе вдоль размываемых берегов больжих рек целесообразно проводить спложную рубку древостоев, в которых средний диаметр деревьев превышает 16 см.

В спелых и перестойных насаждениях, произрастающих вдоль размываемых берегов больших рек, целесообразно 8 зимний период проводить сплошные узколесосечные рубки (площадь лесосеки до 0,5 га) с сохранением подроста и подлеска. Недопустимо применять машины и механизмы, которые не обеспечивает сохранность почвы, подроста и подлеска.

На отдельных учасГках малых рек, где происходит падение деревьев, для предотвращения завалов русла целесообразно проводить рубку на полосе иириной 5 м вдоль размываемых берегов.

По диссертации опубликованы следующие работы:

1. Глазунов В.Б. Некоторые особенности деформации облесённых берегов на р.Сысоле. // Матер. III научно-практ, кон"$. мол. учёных Всес. прект. изыскат. института "Союзгипро-лесхоз": 1>з. докл.- П., 1987. CI2-&, -Деп. в НБНТЙлесхоз It. 12.57. N547 - лх87.

2. Глазунов В.Б, Особенности деформации облесённых берегов рек Европейского Севера,// Закономерности проявления эроз. и русловых процессов в разл. прир. условиях: Тез докл. 4 Всес. науч. кон®., Ио.сква, 24-26 дек., 1987,- М,, 1987. С.308-309.

3. Рабкин Л.А., Глазунов В.6. Исследование деформации облесённых берегов рек фотограмметрическим методом.// Роль проектных и научных разработок в ускор. науч.-тех. прогресса ле-сохозяйсв. производства: Тез. докл. бсес. научно-тех. конференции,- П., 1988. С.165-166.

4. Глазунов Ю.Б. Влияние лесных насаждений на размыв берегов больших и малых-рек Европейского Севера.// Лесохозяйствен-

, ная информация. - 1990.- N 5.- с.21-24.

5. Глазунов 0.5. Особенности лесоводственных мероприятий в 'лесах по размываемым берегам рек Европейского Севера. // Ведение хозяйства в водоохранных лесах: Тез. докл. Всесоюз. науч,-тех. совещания (26-28 йвля 1990 г., Иошкар-ола).- К., 1990. С.

6. Глазунов Ю.Б. Касса грунта и корней у упавших деревьев по размываемым берегам рек Европейского Севера.- П., 1990.^ 10 с.- Деп* во ВНИИЦлесресурс 07. 02.91,* 11- 103-29.

7. Глазунов П.5. Пути совершенствования лесопользования в лесах по берегам свободно меандрирувщих таешных рек//Лесополь-зование в лесах различных категорий зацитности: Тез.. докл. Всес. научно-тех. совещания (2-3 июля 1991).- П., 1991,

86-87

С. 46-47

Типография" ШШИЦлесре* ик а 119048. Москва, i-Й Hindi

графия ВНИИЦлесреорса Г« м>и.к\-а СССР 119048. Москва, i-Й ШкСмевчккй нер, 8