Стокорегулювальний вплив лісів на водозборах малих річок Бескид

Гідрологічні функції лісів. Дослідження лісівничо-таксаційних характеристик лісів на водозборах різного ієрархічного рівня у Бескидах. Оцінка стокорегулювального впливу лісів, його зміни внаслідок лісозаготівельних робіт. Використання штучного дощування.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 27.07.2015
Размер файла 527,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

Національний лісотехнічний університет України

Стокорегулювальний вплив лісів на водозборах малих річок Бескид

Спеціальність 06.03.03 - лісознавство і лісівництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Ошуркевич Оксана Євгенівна

Львів - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі екології Національного лісотехнічного університету України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук, доцент, старший науковий співробітник

Кульчицький-Жигайло Ігор Євгенович

Національний лісотехнічний університет України Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри екології

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук

Олійник Василь Степанович

Прикарпатський національний університет ім. В. Стефаника Міністерства освіти і науки України, м. Івано-Франківськ, завідувач кафедри лісознавства

кандидат сільськогосподарських наук

Шпільчак Мирон Богданович

Природний заповідник "Горгани" Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, м. Надвірна, заступник директора з наукової роботи

Захист відбудеться "18" березня 2010 року о 10 год. На засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.02 у Національному лісотехнічному університеті України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Національного лісотехнічного університету України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 101.

Автореферат розісланий "18" лютого 2010 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Кучерявий В.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ліс, як найпотужніша з рослинних формацій, відіграє значну роль у гідрологічних процесах. Вивчення гідрологічних функцій лісів необхідне для розрахунків процесів формування стоку з водозборів. У комплексі гідрологічних функцій лісових екосистем важливе місце належить їхнім стокорегулювальним властивостям, особливо на фоні активізації в останні роки стихійних явищ - повеней.

Незважаючи на понад столітню історію лісівничо-гідрологічних досліджень, питання про стокорегулювальний вплив лісів, особливо у гірських умовах, залишається дискусійним. Багатьма науковцями вивчався водний баланс лісових екосистем, розраховувалась оптимальна водоохоронна лісистість гірських водозборів. Менше уваги, особливо у Бескидах, було приділено стокорегулювальній функції лісу, яка проявляється у зменшенні поверхневого (схилового) стоку та переведенні його у глибинний ґрунтовий і, як наслідок, зниженні максимальних витрат води водопіль і паводків.

З огляду на це, актуальними є регіональні дослідження впливу лісу на максимальний стік. Для пізнання ролі лісу у формуванні стоку доцільно досліджувати водозбори різної площі з врахуванням характеристик лісостанів на них та параметрів кожного паводку чи водопілля.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до тематичного плану науково-дослідної роботи кафедри екології: "Водоохоронно-захисна роль гірських лісів Карпат. Структура та водоохоронно-захисна роль природних і штучних лісів" та плану науково-дослідних робіт НПП "Сколівські Бескиди”.

Напрям досліджень відповідає: Положенню Рамкової Конвенції про охорону та сталий розвиток Карпат "Стратегія розвитку лісового господарства на 2007 і подальші роки”, схваленої Кабінетом Міністрів України 16 січня 2007 р.; "Комплексної програми захисту населених пунктів і сільськогосподарських угідь від шкідливої дії вод на період до 2010 року та прогноз до 2020 року”, схваленої Кабінетом Міністрів України 3 липня 2006 року; "Концепції стратегії національної екологічної політики на період до 2020 року” затвердженої Кабінетом Міністрів України 17 жовтня 2007 року.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - вивчити лісівничо-таксаційні характеристики лісів на водозборах різного ієрархічного рівня у Бескидах, оцінити їх стокорегулювальний вплив та його зміну під впливом лісозаготівельних робіт.

Мета досліджень передбачає виконання таких завдань:

· оцінити фактори, що впливають на формування стоку річок у Бескидах;

· проаналізувати відомче підпорядкування та стан лісових насаджень на водозборах річок різних порядків;

· дослідити вплив лісу на формування стоку з об'єктів різного ієрархічного рівня - річкових басейнів, елементарних водозборів, однорідних ділянок;

· встановити характер та тісноту зв'язку між величиною стоку головної річки та її приток з різною лісистістю водозборів;

· кількісно оцінити стокорегулювальний вплив лісів на формування зимових та літніх паводків;

· визначити вплив суцільнолісосічних рубок лісу на водно-фізичні властивості ґрунтів та перерозподіл стоку.

Об'єкт дослідження - гідрологічні функції лісів.

Предмет дослідження - стокорегулювальний вплив лісів на водозборах малих річок Бескид.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої у роботі мети використано такі методи дослідження: лісівничо-гідрологічні - при проведенні штучного дощування, порівняльному аналізі стоку води з водозборів різної лісистості, визначення характеристик лісів на водозборах; гідрологічні - для експериментального вимірювання витрат води у річках; лісівничо-таксаційні - при закладанні пробних площ і визначенні біометричних показників деревостану; ґрунтові - для опису ґрунтів на водозборах; методи математичної статистики - для опрацювання даних.

Наукова новизна одержаних у дисертаційній роботі результатів полягає у такому:

уперше:

· аналізом приуроченості структурних одиниць лісогосподарських підприємств (на рівні виділу) до меж водозборів різних порядків, встановлено площі водозборів, при перевищенні яких різко зростає кількість лісокористувачів різного підпорядкування;

· експериментальними дослідженнями встановлено зв'язок між величиною стоку у головній річці та її притоках з різною лісистістю водозборів;

· запропоновано коефіцієнт зарегульованості стоку паводку (К) та проаналізовано можливість його застосування при оцінці стокорегулювального впливу лісу;

· аналітично встановлено тенденцію до збільшення зарегульованості стоку зі зростанням лісистості і площі водозбору при опадах менших за 80 мм;

· розроблено математичні залежності стоку паводків від морфометричних характеристик водозбору, лісотаксаційних показників деревостанів на ньому та метеорологічних факторів;

удосконалено:

· методику проведення досліджень водопроникності ґрунту штучним дощуванням площадок;

дістало подальший розвиток:

· дослідження водопроникності ґрунту при максимальних для регіону інтенсивностях опадів.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати слугуватимуть методико-теоретичною базою для впровадження водозбірного принципу при веденні лісового господарства, врахування стокорегулювального впливу лісів і його зміни під впливом лісозаготівельних робіт.

Результати дисертаційного дослідження використовуються у навчальному процесі Національного лісотехнічного університету України при вивченні дисциплін "Гідрологія” і "Нормування антропогенного навантаження на довкілля” (6.070801 Екологія та охорона навколишнього середовища) та "Лісова гідрологія” (7.130401 Лісове господарство).

Отримані автором результати увійшли складовою частиною до "Літопису природи" НПП "Сколівські Бескиди”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним дослідженням автора. Збір та аналіз гідрологічних та лісівничо-таксаційних даних, проведення експериментальних досліджень та опрацювання їх результатів здійснено особисто автором.

Дослідження виконані під керівництвом кандидата сільськогосподарських наук, доц. І.Є. Кульчицького-Жигайла протягом 2003-2008 років на кафедрі екології Національного лісотехнічного університету України.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень за темою дисертації представлено та обговорено на науково-практичних конференціях протягом 2004-2009 років: всеукраїнській конференції молодих вчених "Сучасні проблеми екології” (Запоріжжя, 2004), науковій конференції "Assessing of soil and conditions in forests" (Forest Research Institute, Warsaw, 2006), науково-практичній конференції, присвяченій 10-річчю природного заповідника "Горгани" (Надвірна, 2006), науково-практичній конференції "Лісівництво країни в контексті світових тенденцій розвитку лісового господарства” (Львів, 2006), міжнародній конференції "Сучасні проблеми екології” (Житомир, 2007), міжнародних науково-практичних конференціях "Ресурси природних вод Карпатського регіону" (Львів, 2006, 2007, 2008, 2009), щорічних наукових конференціях НЛТУ України.

водозбір мала річка ліс

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 14-ти працях, з яких 5 у наукових фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації 183 сторінки машинописного тексту, в тому числі основного - 116 сторінок, подано 41 рисунок і 16 таблиць. Бібліографічний список охоплює 282 найменування. Додатки викладено на 38 сторінках.

Основний зміст роботи

Сучасний стан вивчення стокорегулювального впливу лісів на водозборах річок

У розділі проаналізовано та узагальнено матеріали вітчизняних та закордонних досліджень, які вказують на значний гідрологічний вплив лісових насаджень та його зміну під дією як природних, так і антропогенних чинників. Зокрема, зниження відсотка лісистості водозборів призводить до формування високих витрат літніх паводків і весняних водопіль (Чубатий О.В., 1977, 1978, 1980, 1984; Олійник В.С., 1999, 2002, 2008; Кульчицький-Жигайло І. Є., 2002; Рахманов В.В., 1981), зменшення стоку в меженний період (Mrozek T., 1993; Kucharska K., 1995; Tyszka J., 1997, 1998, 2001; Матвеев П.Н., 1962; Михович А.И., 1986), пришвидшення ерозійних процесів (Поляков А.Ф., 2003; Олійник В.С., 1989; 2000, 2004); надмірні рубки погіршують водний режим, а лісорозведення і лісовідновлення його покращують (Hornbeck J. W., 1993; Чубатый О.В., 1980; Поляков А.Ф., 2003; Олійник В.С., 2002; Кульчицький-Жигайло І. Є., 1989; Шпільчак М.Б., 2008; Hegg Ch., 2003, 2005; Chang M., 2006). Проте ці дослідження свідчать про неоднозначність, а інколи навіть суперечливість даних щодо кількісної оцінки впливу лісових насаджень на формування стоку, особливо у гірських умовах. Причиною таких розбіжностей є відмінності застосовуваних дослідницьких методик, специфічність геологічних, кліматичних та лісорослинних умов водозбірної системи, а інколи навіть окремих її частин у випадку досліджень великих річкових басейнів (Идзон П.Ф., 1976, 1980, 1986; Молчанов А.А., 1960, 1961, 1966, 1968, 1978; Казанкин А.П., 1972, 1992; Рахманов В.В., 1981, 1984).

Зроблено висновок, що для пізнання ролі лісу у формуванні стоку доцільно досліджувати водозбори різної площі з вичлененням частки лісового впливу на фоні орографічних, ґрунтово-геологічних та метеорологічних факторів. Формування стоку з річкових басейнів треба вивчати у контексті добігання води з малих часткових водозборів, використовуючи при цьому польові експрес-методи визначення витрати води з невеликих гірських потоків.

Програма, об'єкти та методика досліджень

Програмою досліджень передбачалось кількісно оцінити стокорегулювальну роль лісів Бескид, її зміни під впливом антропогенної діяльності. Об'єктом досліджень є гідрологічні функції лісів на водозборах малих річок Бескид.

Аналіз факторів, що впливають на формування стоку річок в Бескидах, виконано шляхом опрацювання літературних джерел та багаторічних даних гідрометслужби України про кількість опадів і величину запасів води у снігу. На основі картографічних матеріалів Львівського обласного управління лісового та мисливського господарства і матеріалів лісовпорядкування визначено загальні характеристики складу і віку деревостанів Бескид, стрімкість та експозицію схилів, на яких вони зростають.

Для дослідження приуроченості структурних одиниць лісогосподарських підприємств до водозборів на території Бескид виділено 128 водозборів річок і потоків різних порядків (площею від 5 до 74000 га). З крупномасштабних топографічних карт зроблені викопіровки досліджуваних територій і за картографічними матеріалами Львівського обласного управління лісового та мисливського господарства вивчено існуюче розташування лісів різних господарств на водозборах та приуроченість лісництв, кварталів та виділів на них.

Для вивчення лісотаксаційних характеристик лісів на досліджуваних водозборах та оцінки зарегульованості дощового стоку залежно від лісистості водозбору та його площі на території Бескид задіяно 12 водозборів річок, за стоком яких ведуться багаторічні спостереження на гідрологічних постах гідрометслужби України.

За допомогою бази даних повидільного таксаційного опису земельних ділянок лісового фонду та даних про відомче підпорядкування насаджень на водозборах цих річок, проведено аналіз розподілу лісовкритої площі водозборів за головною породою, віком, походженням та повнотою деревостанів, типом лісу й типом лісорослинних умов, стрімкістю та експозицією схилів.

Оцінку інтенсивності збільшення водності проведено на основі розрахунку показника нерівномірності стоку паводку, що є відношенням максимальної миттєвої витрати води за добу до середньодобової витрати (Pierzgalski E., 1999), для гідрографів максимального стоку за кожний місяць вегетаційного періоду загального періоду спостережень у середовищі MS'Excel.

Кондуктометричним методом (Pociask-Karteczka J., 2003) проведено експериментальні вимірювання витрати води у малих гірських потоках. Встановлення характеру та тісноти зв'язку водності річок та їх приток різних порядків, виконано за допомогою кореляційного аналізу.

Морфометричні характеристики водозборів визначалися за допомогою топографічних карт апробованими методами. Для визначення типів ґрунтів на водозборах закладалися ґрунтові розрізи відповідно до рекомендацій Полупана Н.И. (1981). Таксаційні характеристики деревостанів визначено шляхом закладання пробних площ 50Ч50 м за стандартною методикою ОСТ 56-109-99.

Для визначення впливу суцільнолісосічних рубок лісу на водно-фізичні властивості ґрунтів та перерозподіл стоку виконані експериментальні дослідження формування стоку методом штучного дощування площадок. Дощування здійснювалось за допомогою дощувальної установки, виготовленої на основі конструкцій Одеського гідрометеорологічного інституту (Бефани А.Н., 1966; Литовченко А.Ф., 1986) і УкрНДІЛГА (Поляков А.Ф., 2003) та модифікованої до потреб дослідження.

Дослідження формування зимового і літнього паводкового та весняного стоку водопілля проводились на основі характеристик кожного окремого паводка (водопілля). Для цього нами запропоновано коефіцієнт зарегульованості стоку паводку (К), як відношення об'єму поверхневого стоку кожного окремого паводку (визначеного за розчленуванням гідрографу) до загального стоку паводку. З цією метою на основі даних про витрати води у створах 12-ти бескидських річок та даних про опади на їх території побудовано суміщені гідрографи стоку і опадів, а при вивченні зимових паводків - суміщенні гідрографи стоку та запасів води у снігу.

Розчленування гідрографа за видами живлення виконано за допомогою програми "HYDRO”, розробленої на кафедрі екології НЛТУ України.

Для узагальнення фактичних та експериментальних даних обрано емпіричну (метричну) модель "опади-стік” для одного паводка (Wright K. A., 1990; Wheater H. S., 1993). Для цього на основі статистичного аналізу усіх зібраних даних побудовано логістичні математичні функції, що відображають формування стоку у висоководні періоди і дають змогу порахувати значення коефіцієнта К при заданих кліматичних та природно-лісівничих параметрах.

Фактори формування стоку річок у бескидах

У розділі на основі літературних джерел та даних гідрометслужби України проаналізовано фактори формування стоку на території Бескид, з яких визначальними є: розчленований рельєф особливо з підняттям угору; велика кількість опадів - 600 мм за рік на рівнинах і до 1600 мм на вершинах гір; густа річкова мережа (до 1,7 км/км2), значний ухил русел, висока водність річок з добре вираженим паводковим режимом, швидкою течією; гірські ґрунти (переважно - бурі лісові), що відзначаються щебенюватістю та високою інфільтраційною здатністю поверхні; ліси, переважно ялинові, букові та ялицеві, середньо - та низькоповнотні, молодняки та середньовікові; стрімкість схилів, серед яких переважають спадисті (51,3 %) та стрімкі (28,1 %); експозиція схилів (рівне співвідношення схилів північної та південної експозицій).

Особливості лісового вкриття басейнів річок Бескид

У розділі проаналізовано приуроченість структурних одиниць лісогосподарських підприємств до водозборів різних порядків, оскільки за гідрографічним принципом господарювання у гірських умовах багатьма вченими водозбір розглядається як природна господарська одиниця.

Встановлено, що площі існуючих лісництв часто не співпадають з територією водозборів, а вододіл одного водозбору на різних своїх ділянках може бути межею між держлісгоспами, лісництвами і лісовими кварталами. Зі збільшенням величини річкового басейну кількість користувачів зростає, особливо при площі водозбору понад 100 км2. Це може бути основою для визначення розмірів водозборів при розроблені системи господарювання з врахуванням меж водозборів.

З метою оцінки лісівничих характеристик деревостанів на території Бескид з усього масиву проаналізованих водозборів виділено 12 основних річкових басейнів: р. Дністер - с. Стрілки; р. Стрий - с. Матків; р. Завадка - с. Риків; р. Яблунька - м. Турка; р. Рибник - с. Майдан; р. Опір - м. Сколе; р. Славська - смт. Славське; р. Рожанка - с. Рожанка; р. Головчанка - с. Тухля; р. Орява - х. Святослав; р. Лужанка - с. Гошів; р. Сукіль - с. Тисів. На основі створеної бази даних, що містить інформацію про 52691 таксаційний виділ, для лісовкритої площі кожного водозбору проаналізовано лісотаксаційні характеристики деревостанів, стрімкості та експозиції схилів, тобто фактори, що суттєво впливають на формування стоку.

У лісовкритій площі бескидських водозборів, в основному, представлені три деревні породи: бук лісовий (Fagus sylvatica L.), ялина європейська (Picea abies (L.) Karst) та ялиця біла (Abies alba Mill.). Незначний відсоток займають: дуб звичайний (Quercus robur L.), вільхи сіра і чорна (Alnus incana (L.) Moench, Alnus glutinosa (L.) Gaertn.), клен-явір (Acer pseudoplatanus L.). Частка інших порід у лісовкритій площі не перевищує одного відсотка. Загалом, породна структура лісів на досліджуваних водозборах є характерною для Бескид: переважають темношпилькові деревостани - 69,7 %, у тому числі ялина європейська 61,5 %, ялиця біла 8,2 %. Листяні ліси (25,3%) представлені головно буком. Простежується залежність до збільшення різноманітності породного складу деревостану на водозборі зі збільшенням його площі.

Лісорослинні умови на водозборах представлені майже виключно вологими сугрудами (С3) та вологими грудами (D3). Відповідно до лісорослинних умов на більшості водозборів переважають ялинові і букові типи лісу: буково-ялицеві смеречини і сусмеречини, чисті смеречини і сусмеречини, букові смеречини і сусмеречини, ялиново-ялицеві бучини і субучини, буково-ялинові яличини і суяличини, ялицеві бучини і субучини.

Аналіз віку деревостанів на досліджуваних територіях показав, що у сучасній лісовкритій площі водозборів переважають насадження віком від 41 до 60 років, які характеризуються максимальною інтерцепцією та евапотранспірацією. Лише на водозборах р. Рожанка - с. Рожанка та р. Яблунька - м. Турка переважають молоді (віком менше 40 років) насадження. Повнота насаджень коливається у межах 0,51 - 0,80.

Як правило, високолісисті водозбори із переважанням стрімких схилів вкриті високоповнотними стиглими та пристигаючими буковими насадженнями. Низькоповнотних молодих (менше 40 років) деревостанів ялини європейської найбільше на малолісистих річкових басейнах з пологими і спадистими схилами.

У цілому структура лісів на досліджуваних басейнах подібна, що дозволяє робити аналіз річкового стоку з водозборів на основі їх лісистості. Крім того, знаючи значний вплив на формування стоку стрімкості та експозиції схилів, ми врахували їх у подальших дослідженнях.

Формування річкового стоку з водозборів різної площі та лісистості

У розділі викладено вплив лісистості водозборів та їх площі на процеси формування стоку. Зокрема досліджувалась швидкість збільшення витрати води у створі після початку дощу, яка залежить від інтенсивності опадів, їх кількості та стокорегулювальних можливостей підстилаючої поверхні. Для цього у роботі розраховано коефіцієнт нерівномірності стоку паводку. Більше значення коефіцієнта свідчить про меншу зарегулюваність стоку.

Залежність коефіцієнта нерівномірності стоку паводку від лісистості водозбору при різній величині стокоформувальних опадів зображена на рис.1.

Простежується тенденція до зменшення значень коефіцієнта нерівномірності стоку паводку зі збільшенням відсотка залісненості водозбору.

При величині дощів до 20 мм його значення зменшується на 10 %, під час дощів 21-60 мм - у середньому на 6 %, а при дощах, більших 80 мм лісистість водозбору майже не впливає на значення коефіцієнта нерівномірності.

Рис. 1. Зміна коефіцієнта нерівномірності стоку паводку зі збільшенням лісистості при різній кількості опадів

Чим більша площа водозбору, тим більший час добігання води до створу, тим повільніше наростає максимальна витрата. Аналіз залежності коефіцієнта нерівномірності стоку паводку від площі водозбору показав, що зростання площі від 100 до 733 км2, при опадах менших 80 мм призводить до зменшення нерівномірності стоку паводку в середньому на одну десяту (від 1,7 до 1,6). Під час опадів більших 80 мм, зменшення цього показника не спостерігається (рис. 2).

Рис. 2. Зміна коефіцієнта нерівномірності стоку паводку зі збільшенням площі водозборів при різній кількості опадів

Отже, значення показника нерівномірності стоку дощових паводків зменшується зі зростанням лісистості водозборів, при опадах, що не перевищують 80 мм. При зростанні площі річкового басейну з 76,3 до 740 км2 та опадах менших за 80 мм, збільшується зарегульованість стоку. При однакових умовах зволоження цей вплив є меншим, ніж вплив лісистості.

Чисельні заміри витрат води, здійснені нами на малих, часом елементарних, водозборах у басейнах гірських річок під час водопіль і паводків дали змогу порівняти їх зі стоком у створі постійного водомірного посту гідрометслужби на певній річці, де ведуться тривалі гідрометричні спостереження. За отриманими результатами розраховано рівняння залежностей модулів стоку (табл.1) і побудовані відповідні їм графіки.

Залежності між стоком води у головній річці та її притоках мають прямолінійний характер з тісним зв'язком (у 60 % випадках) та середньої тісноти в усіх інших випадках.

Таблиця 1

Зв'язок між модулями стоку приток і головної річки

Назва річки

Номер водозбору

Рівняння залежності

Коефіцієнт кореляції, r

р. Рибник

1

у = 0,70 х - 2,53

0,91

2

у = 0,22 х + 8,06

0,55

3

у = 0,25 х + 2,93

0,57

4

у = 0,77 х - 2,24

0,78

5

у = 0,42 х + 4,85

0,78

6

у = 0,42 х + 7,55

0,69

7

у = 0,74 х - 1,05

0,87

р. Головчанка

1

у = 7,58 х - 60,7

0,96

2

у = 9,96 х - 92,7

0,90

3

у = 1,15 х - 4,76

0,91

4

у = 3,95 х - 48,0

0,88

р. Славська (поблизу с. Волосянка)

1

у = 0,44 х + 13,8

0,56

2

у = 0,43 х + 23,9

0,57

3

у = 0,49 х + 28,8

0,50

4

у = 0,59 х + 10,1

0,66

5

у = 0,80 х + 0,88

0,87

р. Славська (поблизу смт. Славське)

1

у = 0,19 х + 8,99

0,59

2

у = 0,44 х + 11,1

0,66

3

у = 0,52 х + 3,57

0,72

4

у = 0,76 х - 0,083

0,92

Зв'язок водності приток та головних річок для кожного водозбору площею 0,14-3,07 км2 є специфічним, проте зі зростанням стрімкості схилів максимальні модулі стоку зростають, навіть в умовах високої лісистості.

Вплив лісозаготівельних заходів на процеси формування стоку

Зміна процесів формування елементарного поверхневого стоку під впливом ущільнення ґрунтів у процесі лісозаготівельних робіт вивчалася шляхом штучного дощування площадок площею 2 м2 з одночасним визначенням водно-фізичних властивостей ґрунтів. Усього закладено 12 площадок: 7 у Головецькому лісництві ДП "Славське ЛГ” і 5 у Майданському лісництві НПП "Сколівські Бескиди”. Загалом, у бездощовий період та після проходження дощів здійснено 24 дощування. Дослідженнями охоплено бурі гірські лісові ґрунти: під наметом букового, ялицевого та ялинового деревостанів; на магістральних та пасічних волоках; на ділянках порушених кількаразовим проходженням трелювального трактора (знесена підстилка); на непорушених ділянках лісосіки та на біополяні, вкритій густим трав'яним вкриттям.

Встановлено, що при відсутності попереднього зволоження ґрунту на об'єктах під наметом лісу, біополяні та непошкоджених ділянках лісосіки поверхневий стік не утворювався навіть після інтенсивного (3,6 мм/хв) дощування протягом години. Однак після проходження дощів та вологості ґрунту більше 56-65 % навіть на непошкоджених ділянках під наметом лісу формувався поверхневий стік.

Ущільнення ґрунту трелювальними роботами призводить до формування поверхневого стоку через 2 хв. дощування. Навіть у бездощовий період його коефіцієнт сягає значень 0,37-0,56, що у 7-10 разів більше від максимального зафіксованого стоку на ділянках під наметом лісу у дощовий період. У випадку концентрації на волоках поверхневого стоку з сусідніх ділянок, вони стають чинником, що сприяє пришвидшенню добігання схилового стоку до русла. Вказане явище спостерігається вже після кількаразового проходження трактора.

Вплив лісу на поверхневий стік паводків та водопіль у порівнянні з іншими стокорегулювальними факторами

У розділі подані результати статистичного аналізу впливу стокоформувальних факторів на співвідношення поверхневого та загального стоку літніх і зимових паводків та весняних водопіль. Як показник цього співвідношення нами запропоновано коефіцієнт зарегульованості стоку паводку (К).

Вихідними даними для аналізу, окрім статистичних характеристик опадів (X, X1) і витрати води, слугували параметри лісового вкриття: загальна залісненість водозбору (X3), вік (X5), породний склад (X4). Крім того, враховували бездощовий період, що передував паводку (X2), адже зменшення вологості ґрунту перед паводком збільшує витрати води на інфільтрацію, знижуючи, тим самим, поверхневий стік. На основі результатів кореляційного аналізу нами побудовано параметричну модель "опади-стік” для розрахунку коефіцієнта зарегульованості стоку літніх паводків:

.

Згідно з отриманими значеннями К частка поверхневого стоку літніх паводків у Бескидах може змінюватися у широких межах від 4 до 93 %.

Формування паводкового стоку та його поверхневої складової відбувається під домінуючим впливом паводкоформувальних опадів (рис. 3). Лісистість, як фактор підстилаючої поверхні впливає на стік значно менше. Опади є головним чинником прояву поверхневого стоку літніх паводків.

Важливими факторами впливу на формування стоку паводку окрім кількості опадів, що його зумовили, є попереднє зволоження водозбору (рис.4). Стокорегулювальна роль лісу у літній період найвиразніша при: тривалому бездощовому періоді - 20 днів і більше; залісненості водозбору вище 55 %; домінуванні високоповнотних, середньовікових мішаних лісів з переважанням хвойних порід.

Рис.3. Залежність коефіцієнта зарегульованості стоку паводку від загальної лісистості при різній кількості опадів, що зумовили паводок

Рис. 4. Залежність коефіцієнта зарегульованості стоку паводку від загальної лісистості при різній тривалості бездощового періоду перед паводком

Вплив лісу на формування снігового вкриття та його танення є чинником, що визначає параметри стоку зимових паводків під час відлиг.

Проведено статистичний аналіз факторів впливу (тривалості паводку (X1); запасів води у снігу на початок сніготанення (X2); частки схилів північної експозиції (X3); загальної лісистості водозбору (X4); площі, вкритої хвойними деревостанами (X5)) та запропоновано параметричну модель для розрахунку коефіцієнта зарегульованості стоку зимових паводків:

.

Згідно з отриманими значеннями коефіцієнта зарегульованості, об'єм поверхневого стоку зимових паводків у Бескидах може змінюватися у широких межах - від 7 до 84 %.

Він зростає при збільшенні запасів води у снігу, які зумовлюють найбільші тривалості зимових паводків.

Стокорегулювальна роль лісу у зимовий період найвиразніша при лісистості більше 70 % та запасах води у снігу менших 100 мм (рис.5).

Збільшення у лісостанах частки хвойних порід, які зменшують снігонагромадження і сповільнюють інтенсивність сніготанення, знижує поверхневий стік зимових паводків у середньому у 2,5 рази (рис. 6).

Рис. 5. Залежність коефіцієнта зарегульованості стоку паводку від загальної лісистості водозбору при різних запасах води у снігу.

Рис. 6. Залежність коефіцієнта зарегульованості стоку паводку від частки хвойних насаджень при різних запасах води у снігу

Рис. 7. Залежність коефіцієнта зарегульованості стоку водопілля від загальної лісистості при різних запасах води у снігу

Вплив заліснення водозбору на формування весняних водопіль та зимових паводків є подібним. Згідно з отриманими значеннями К частка поверхневого стоку весняних водопіль у Бескидах може змінюватися у межах від 65 до 99 %. Коефіцієнт зарегульованості зростає при зниженні лісистості водозбору, зокрема, зменшенні у складі лісів листяних, високоповнотних лісостанів. Стокорегулювальна роль лісу у весняний період найвиразніша при лісистості 50-90 % та запасах води у снігу менших за 40-50 мм (рис. 7) і при збільшенні частки високоповнотних насаджень та деревостанів з переважанням листяних порід до 50 % і більше, що зумовлює зменшення поверхневого стоку водопіль у 1,3 рази.

З огляду на результати аналізу динаміки коефіцієнта зарегульованості стоку у висоководні фази водного режиму можна стверджувати, що об'єм паводкового поверхневого стоку змінюється у широких межах - від 4 до 99 %. У різні періоди водності вплив лісу та його характеристик на регулювання поверхневого стоку неоднаковий. Зокрема, стокорегулювальний вплив лісів при збільшенні їх частки на водозборі, найкраще проявляється у регулюванні літніх паводків. Найоптимальнішими стокорегулювальними властивостями характеризуються мішані високоповнотні середньовікові насадження з переважанням хвойних порід.

Вплив лісонасаджень влітку є виразним при паводкоформувальних опадах у кількості 70-80 мм і тривалістю бездощового періоду перед паводком більше 20 днів. Під час зимових паводків і весняних водопіль частка поверхневого стоку визначається запасом води у снігу на початок сніготанення. Так, стокорегулювальні можливості лісу зменшуються взимку при запасах води у снігу більших 100 мм, а весною - вже при 40-50 мм. Стокорегулювальна роль лісу у зимовий період найвиразніша при збільшенні частки хвойних порід у лісостанах, а у весняний період при збільшенні частки високоповнотних насаджень та деревостанів з переважанням листяних порід до 50 % і більше.

Висновки і рекомендації

У дисертаційній роботі на основі аналізу лісогідрологічних показників та експериментальних досліджень зроблено кількісну оцінку стокорегулювальних властивостей лісів на водозборах малих річок Бескид. Проаналізовано приуроченість структурних одиниць лісогосподарських підприємств до водозборів різних порядків, вивчено лісотаксаційні характеристики лісів на них. Оцінено зарегульованість дощового стоку у залежності від лісистості водозбору та його площі і стокорегулювальний вплив лісів на формування стоку водопіль та паводків. За допомогою методів математичного моделювання встановлено функціональну залежність гідрологічних показників від характеристик водозбору. Отримані результати допомагають виробити методику для оцінки стокорегулювальних можливостей лісових екосистем і передбачають перспективність планування лісозаготівельних робіт зі збереженням гідрологічного впливу лісів. Основні висновки та рекомендації роботи полягають у тому, що:

1. Характер минулого лісокористування на водозборах Бескид визначався різноманітністю лісотипологічних, геоморфологічних, економічних умов, що спричинило специфічність розташування лісових масивів у межах річкових басейнів. Площі існуючих лісництв часто не співпадають з територією водозборів, у межах одного річкового басейну лежать лісництва господарств різного відомчого підпорядкування. Зі збільшенням величини річкового басейну кількість користувачів зростає, особливо при площі водозбору понад 100 км2. Це може бути основою визначення розмірів водозборів при розроблені системи господарювання з врахуванням меж водозборів.

2. Породна структура лісів на досліджуваних водозборах є характерною для Бескид. Високолісисті водозбори з переважанням стрімких схилів, як правило, вкриті високоповнотними стиглими та пристигаючими буковими насадженнями. Низькоповнотних молодих (менше 40 років) деревостанів ялини європейської найбільше на малолісистих річкових басейнах з пологими і спадистими схилами.

3. При дощах менших за 80 мм зі зростанням лісистості річкових басейнів збільшується зарегульованість стоку дощових паводків. При однакових опадах вплив площі басейну на показник нерівномірності стоку є меншим, ніж вплив лісистості.

4. Навіть в умовах високої лісистості на малих водозборах площею до 3 км2 визначальним фактором при формуванні стоку є стрімкість їх схилів. Залежності між стоком води у головній річці та її притоках мають прямолінійний характер з тісним зв'язком (у 60 % випадках) та середньої тісноти в усіх інших випадках.

5. На трелювальних волоках та ущільнених ділянках зі знесеною підстилкою поверхневий стік починається через 2 хв. після початку дощу інтенсивністю 2,0 - 2,5 мм/хв.; коефіцієнт стоку коливається у межах 0,37 - 0,56. При вологості верхнього шару ґрунту менше 56 % у лісових насадженнях та на біополяні елементарний поверхневий стік не утворюється навіть під час дощування інтенсивністю 3,6 мм/хв. протягом години. Проте у випадку сильного попереднього зволоження ґрунту навіть на непошкоджених ділянках під наметом лісу формується, хоч і незначний, поверхневий стік, інтенсивність якого у 7 - 10 разів менша, ніж на магістральних волоках.

6. У різні періоди водності вплив лісу та його характеристик на регулювання поверхневого стоку неоднаковий. Об'єм паводкового поверхневого стоку змінюється у широких межах - від 4 до 99 %. Зокрема, стокорегулювальний вплив лісів, при збільшенні їх частки на водозборі, найкраще проявляється у регулюванні літніх паводків; найоптимальнішими стокорегулювальними властивостями характеризуються мішані високоповнотні середньовікові насадження з переважанням у складі хвойних порід.

7. Вплив лісонасаджень влітку є виразним при паводкоформувальних опадах у кількості 70-80 мм і тривалістю бездощового періоду перед паводком більше 20 днів. Під час зимових паводків стокорегулювальні можливості лісу зменшуються при запасах води у снігу на початок сніготанення більше 100 мм, а весняних водопіль - більше 40-50 мм.

8. Для ведення господарства у горах за водозбірним принципом при здійсненні лісовпорядкування необхідно встановлювати приуроченість структурних одиниць лісогосподарських підприємств (кварталів та виділів) до водозборів різних порядків.

9. Отримані у роботі результати оцінки впливу лісу на поверхневий стік паводків та водопіль у порівнянні з іншими стокорегулювальними факторами необхідно враховувати при проектуванні паводкозахисних споруд та стокорегулювальних водосховищ на території Бескид.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті у наукових фахових виданнях:

1. Кульчицький-Жигайло І.Є. Показники паводкового стоку з водозборів різної лісистості / І.Є. Кульчицький-Жигайло, О.Є. Ошуркевич // Науковий вісник УкрДЛТУ. - 2004. - Вип.14.8 - С.402-406. (збір, обробка і аналіз матеріалу, написання).

2. Кульчицький-Жигайло І.Є. Вплив лісоексплуатаційних заходів на стік води та наносів у притоках річки Головчанка / І.Є. Кульчицький-Жигайло, Н.С. Приболотна, О.Є. Ошуркевич // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість”. - 2006. - Вип.32. - С.109-118. (збір, обробка і аналіз матеріалу, написання).

3. Кульчицький-Жигайло І.Є. Вплив лісу на формування зимових паводків в Бескидах / І.Є. Кульчицький-Жигайло, О.Є. Ошуркевич // Науковий вісник НЛТУ України. - 2007. - Вип.17.1 - С.23-28. (збір, обробка і аналіз матеріалу, написання).

4. Кульчицький-Жигайло І.Є. Вплив лісоексплуатаційних робіт на формування поверхневого стоку та розвиток ерозійних процесів у Бескидах / І.Є. Кульчицький-Жигайло, Н.С. Приболотна, О.Є. Ошуркевич // Лісівництво та агролісомеліорація. - 2007. - Вип.111. - С.111-116. (збір, обробка матеріалу, написання).

5. Кульчицький-Жигайло І.Є. Дослідження зв'язку між характеристиками стоку води з елементарних гірських водозборів різної лісистості в басейнах р. Славська та р. Головчанка / І.Є. Кульчицький-Жигайло, Ю.І. Панківський, О.Є. Ошуркевич // Науковий вісник НЛТУ України. - 2007. - Вип.17.5 - С.7-13. (обробка і аналіз матеріалу, написання).

6. Статті, тези та матеріали наукових конференцій:

7. Кульчицький-Жигайло І.Є. Показники стоку річок Бескид у зв'язку з використанням земель на їх водозборах / І. Є. Кульчицький-Жигайло, О. Є. Ошуркевич // Сучасні проблеми екології: всеукраїнська конференція молодих вчених, 7-9 жовтня 2004 р.: матеріали конференції. - Запоріжжя, 2004. - С. 195-197. (обробка і аналіз матеріалу, написання).

8. Oshurkevych O. The water runoff of mountain catchments of different area and percentage of forest / O. Oshurkevych. // Assessing of soil and conditions in forests. - Warsaw: FRI, 2006. - P.31-38.

9. Ошуркевич О.Є. Управління лісами заповідних територій з врахуванням меж водозборів / О.Є. Ошуркевич // Збереження та відтворення біорізноманіття Горган: науково-практична конференція, присвячена 10-річчю природного заповідника "Горгани”, листопад 2006 р.: матеріали конференції. - Надвірна, 2006. - С.167-171.

10. Кульчицький-Жигайло І.Є. Зміна величини стоку води та наносів під впливом лісогосподарських заходів у притоках річки Головчанка / І.Є. Кульчицький-Жигайло, Н.С. Приболотна, О.Є. Ошуркевич // Лісівництво країни в контексті світових тенденцій розвитку лісового господарства: науково-практична конференція, присвячена 150-річчю витоків кафедри лісівництва, 20-23 вересня 2006 року: тези доповідей. - Львів, 2006. - С.44-45. (збір, обробка і аналіз матеріалу, написання).

11. Ошуркевич О.Є. Використання кондуктометричного методу визначення витрати води в гірських річках / О. Є. Ошуркевич // Ресурси природних вод Карпатського регіону: V-та міжнародна науково-практична конференція, 25-26 травня 2006 р.: матеріали конференції. - Львів: ЛвЦНТЕІ, 2006. - С.163-165.

12. Ошуркевич О.Є. Гідролого-лісівничі характеристики деревостанів на водозборах Карпатських річок / О.Є. Ошуркевич // Ресурси природних вод Карпатського регіону, 24-25 травня 2007 р.: VІ-та міжнародна науково-практична конференція: матеріали конференції. - Львів: ЛвЦНТЕІ, 2007. - С.239-242.

13. Ошуркевич О.Є. Лісівнича оцінка насаджень на території водозборів Українських Бескид / О.Є. Ошуркевич // Сучасні проблеми екології, Житомир: ІV-та міжнародна конференція студентів, магістрів та аспірантів, 22-23 вересня 2007 р.: матеріали конференції. - Житомир: ЖДТУ, 2007. - С.105-107.

14. Ошуркевич О.Є. Вплив лісистості водозборів на формування поверхневого стоку паводків (на прикладі річок Бескид) / О.Є. Ошуркевич // Ресурси природних вод Карпатського регіону, 25-26 травня 2008 р.: VІІ-ма міжнародна науково-практична конференція: матеріали конференції - Львів: ЛвЦНТЕІ, 2008. - С.216-219.

15. Ошуркевич О.Є. Вплив лісоексплуатаційних заходів на процеси формування стоку / О.Є. Ошуркевич // Ресурси природних вод Карпатського регіону, 28-29 травня 2009 р.: VІІІ-та міжнародна науково-практична конференція: матеріали конференції. - Львів: ЛвЦНТЕІ, 2009. - С.227-232.

Анотації

Ошуркевич О.Є. Стокорегулювальний вплив лісів на водозборах малих річок Бескид. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.03 - лісознавство і лісівництво. - Національний лісотехнічний університет України. - м. Львів, 2010.

Дисертація присвячена кількісній оцінці стокорегулювальної ролі лісів Бескид, її зміни під впливом антропогенної діяльності.

У дисертаційній роботі на основі аналізу лісогідрологічних показників та експериментальних досліджень зроблено кількісну оцінку стокорегулювального впливу лісів на водозборах малих річок Бескид. Аналізом приуроченості структурних одиниць лісогосподарських підприємств (на рівні виділу) до меж водозборів різних порядків вивчено лісотаксаційні характеристики лісів на них. Встановлено, що зі збільшенням величини річкового басейну кількість користувачів зростає, особливо при площі водозбору понад 100 км2. Це може бути основою для визначення розмірів водозборів при розроблені системи господарювання з врахуванням меж водозборів.

Шляхом штучного дощування площадок встановлено зменшення водопроникності та водоутримуючих властивостей ґрунтів під впливом лісоексплуатаційних робіт, що негативно впливає на формування елементарного схилового стоку. Експериментальними дослідженнями із застосуванням кондуктометричного методу визначення витрати води встановлено математичні залежності між величиною стоку у головній річці та її приток з різною лісистістю водозборів. На основі аналізу даних гідрометричних постів встановлено тенденцію до збільшення зарегульованості стоку зі зростанням лісистості і площі водозбору при опадах менше 80 мм. Оцінено стокорегулювальний вплив лісів на формування стоку водопіль та паводків. Розроблено математичні залежності стоку паводків від морфометричних характеристик водозбору, лісотаксаційних показників деревостанів на них та метеорологічних чинників.

Ключові слова: лісистість водозбору, паводок, водопілля, стокорегулювальний вплив лісів, водопроникність лісових ґрунтів, показник нерівномірності паводкового стоку.

Ошуркевич О.Е. Стокорегулирующее влияние лесов на водосборах малых рек Бескид. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.03.03 - лесоведение и лесоводство. - Национальный лесотехнический университет Украины. - г. Львов, 2010.

Диссертация посвящена количественной оценке стокорегулирующей роли лесов Бескид, ее изменения под воздействием антропогенной деятельности. Основываясь на результатах анализа лесогидрологических показателей и экспериментальных исследований, проведено количественную оценку стокорегулирующего влияния лесов на водосборах малых рек Бескид. Анализом приуроченности структурных единиц лесохозяйственных предприятий (на уровне выдела) к границам водосборов разных порядков изучено лесотаксационные характеристики лесов на них. Установлено, что при увеличении площади речного бассейна количество лесопользователей увеличивается, особенно при площади водосбора более 100 км2. Это может служить основой для определения размера водосборов при разработке системы хозяйствования с учитыванием границ водосборов.

Путем искусственного дождевания площадок установлено уменьшение водопроницаемости и водоудерживающих свойств почв под воздействием лесоэксплуатационных работ, что негативно влияет на формирование элементарного стока. Экспериментальными исследованиями с применением кондуктометрического метода определения расхода воды установлено математические зависимости между величиной стока в главной реке и ее притоков с разной лесистостью водосборов. Основываясь на анализе данных гидрометрических постов, установлено тенденцию к увеличению зарегулированости стока с увеличением лесистости и площади водосбора при осадках менее 80 мм. Проведено оценку стокорегулирующего влияния лесов на формирование стока половодья и поводка. Разработано математические зависимости стока паводка от морфометрических характеристик водосбора, лесотаксационных показателей лесонасаждений и метеорологических факторов.

Ключевые слова: лесистость водосбора, паводок, половодье, стокорегулирующее влияние лесов, водопроницаемость лесных почв, показатель неравномерности паводкового стока.

Oshurkevych O.Ye. The flow regulating influence of forests on small rivers catchments of Beskydy.

Thesis for a candidate's degree in agricultural sciences by specialty 06.03.03. - forest sciences and forestry. - Lviv National University of Forestry of Ukraine. - Lviv, 2010.

The dissertation is devoted to quantitative estimation of the flow regulating role of Beskydy forests and its' change under anthropogenic load on the basis of analysis of forest-hydrological indices and experimental investigation.

The method of the past forest exploitation on Beskydy catchments was defined by diversity of forest-type, geomorphological, economical conditions that has comprised specificity of forestlands distribution within the bounds of river basins.

The forestry enterprises structural units positioning with regard to the boundaries of catchments of various orders have been analyzed. The forestry areas often do not coincide with territory of the catchments. The floristries of different departmental subjection allocated within boundaries of one river basin. The quantity of forestland users on the catchments increases with their area increasing and rapidly grows when the catchments area is more then 100 km2, which determines the limit of optimal area value for management with taking into account the catchments boundaries.

The forest inventory characteristics on these river catchments have been studied. The forest species structure on the investigated catchments is distinctive for Beskydy. The catchments with high percentage of forest land and predominance of steep slopes usually are covered by high density mature and ripening beech forests. The low density thicket (less then 40 years) stands of common spruce are most of all on the river basins with low percentage of forest land and gently slopes.

The precipitation flow regulation depending on forest land percentage and area of the catchments and forest flow regulation influence on flood and snow melt flood discharge formation have been evaluated. The regulation of rain flood discharge increases at precipitation less then 80 mm with growth of percentage of forest land on the catchments. The basin area influence on the flow irregularity index is less then the forest land percentage one at similar moisture conditions.

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.