ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2020, № 4, С. 335–345


МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТЕРЬ ДОЖДЕВЫХ ОСАДКОВ В КРОНАХ ХВОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ
Д. Е. Клименко, А. Л. Остахова
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия, 614 999, г. Пермь, ул. Букирева, 15
E-mail: listopad19531@mail.ru


Поступила в редакцию 19.05. 2018 г.
Максимальный сток дождевых паводков малых рек лесной зоны Урала в значительной степени определяется характеристиками ливневых осадков и степенью их задержания кронами хвойных древостоев. В статье приводятся результаты физического (экспериментального) моделирования процесса водоудержания капель на хвое и метеорологических наблюдений над осадками под кронами хвойных пород. Установлено, что вода удерживается на хвое только в капельном виде; размеры капель, удерживаемые на одной хвоинке, изменяются от 10.6 до 18.6 мг. На основании экспериментов по орошению ветвей установлена единая зависимость максимальной массы удерживаемой влаги от площади листовой поверхности, характеризующаяся коэффициентом корреляции 0.98. Максимальная масса водоудержания на кронах единичных деревьев изменяется от 24.8 до 58.0 кг, или от 1.9 до 4.6 мм в расчете на проекционную площадь кроны. Экспериментальные и расчетные данные подтверждены результатами наблюдений над суммами осадков под кронами хвойных пород. Фактические величины перехвата осадков за время дождя оказываются больше за счет безвозвратных потерь влаги на испарение с листовой поверхности крон. Разработана методика и выполнено моделирование процесса перехвата дождевых осадков за время дождя хвойными древостоями. Для моделируемого водосбора ливневые осадки за первые 5-20 мин дождя почти полностью перехватываются кронами. За последующие 20-90 мин перехватывается около 70% суммы осадков, выпавших за это время. С увлажнением крон величина потерь осадков на перехват плавно снижается: при продолжительности дождей более 5-12 ч (в зависимости от интенсивности) величина перехвата осадков кронами снижается до 28-7%. Дальнейшие потери осадков на кронах стабилизируются на уровне 7%. На основе разработанной модели перехвата дождевых осадков генетическими методами выполнен расчет гидрографа единичного дождевого паводка для модельного водосбора р. Решетка (по модели КДМФОС-76Б). Учет потерь осадков на задержание кронами позволяет снизить предельные погрешности расчетов максимальных паводочных расходов воды со 126 до 25%.
Ключевые слова: лесная гидрология, гидрологические расчеты, дождевые паводки, моделирование, ливневые осадки, перехват осадков кронами.
DOI: 10.31857/S0024114820040063


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Виноградов Ю.Б. Вопросы гидрологии дождевых паводков на малых водосборах Средней Азии и Южного Казахстана. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 262 с.

  • Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 312 с.

  • Голубцов В.В. Моделирование стока горных рек в условиях ограниченной информации. Алматы: МООС РК, РГП «КАЗГИДРОМЕТ», 2010. 232 с.

  • Грошев Б.И., Синицын С.Г., Мороз П.И., Сеперович И.П. Лесотаксационный справочник. М.: Лесная пром., 1980. 288 с.

  • Клименко Д.Е., Епончинцева Д.Н., Корепанов Е.П., Черепанова Е.С. Исследование кривых редукции паводкоформирующих ливневых осадков Зауралья // Метеорология и гидрология. 2018. № 2. С. 76-89.

  • Лархер В. Экология растений: пер. с нем. М.: Мир, 1978. 384 с.

  • Лохов Д.П. Учет осадков, задерживаемых лесом, методом дождевания // Метеорология и гидрология. 1938. № 6. С. 97-104.

  • Лучшев А.А. Осадки под пологом леса // Тр. Всесоюз. НИИ лесн. хоз-ва. 1940. Вып. 18. С. 113-148.

  • Медведев Л.В. Принципы изучения перераспределения атмосферных осадков древостоем // Теоретические основы и опыт экологического мониторинга. М.: 1983. С. 118-138.

  • Медведев Л.В. Закономерности перераспределения атмосферных осадков и трансформации их химического состава древостоями южной тайги (на примере Валдайской возвышенности): Дисс. …канд. биол. наук (03.00.16). М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1984. 242 с.

  • Молчанов А.А. Гидрологическая роль леса. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 454 с.

  • Молчанов А.А. Лес и климат. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 278 с.

  • Морозов Г.Ф. Учение о лесе. М.: Гослесбумиздат, 1959. 456 с.

  • Онучин А.А. Влагооборот горных лесов Сибири (локальные и региональные особенности): Дисс. …д-ра биол. наук (03.00.16). Красноярск, Институт леса им. В.Н. Сукачева РАН, 2003. 222 с.

  • Поляков А.Ф. Водорегулирующая роль горных лесов Украины и пути ее оптимизации при ведении хозяйства: автореф. Дис. …д-ра с.-х. наук. (07.00.00). Киев, Укр. НИИ лесного хозяйства и агролесомелиорации им. Г.Н. Высоцкого, 1984. 36 с.

  • Рахманов В.В. Лесная гидрология (сер. Итоги науки и техники. Лесоведение и лесоводство. Т.3). М.: изд-во ВИНИТИ, 1981. - 181 с.

  • Субботин А.И. Влияет ли лес на осадки? // Лесоведение. 1979. № 5. С. 13-18.

  • Уткин А.И., Ермолова Л.С., Замолодчиков Д.Г. Конверсионные коэффициенты для определения площади листовой поверхности насаждений основных лесообразующих пород России // там же. 1997. № 3. С. 74-78.

  • Уткин А.И., Ермолова Л.С., Уткина И.А. Площадь поверхности лесных растений: сущность, параметры, использование. М.: Наука, 2008. 290 с.

  • Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильссон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). М.: Федеральное агентство лесного хозяйства, 2008. 886 с.

  • Чубатый О.В. Водоохроннi ripcьлi лiси. Ужгород: Карпати, 1972. 119 с.

  • Bele J. Prispevek ke zjistokani strat vody intercepcnim vyparem ve smrkovych porostech // Lesnictvi. 1975. Roc. 21(48). P. 633-652.

  • Bele J. Tvorba zasob snihuve smrkove hospodarske skupine // Lesnictvi. 1980. Roc. 26 (53). P. 729-736.

  • Zhao Pan, Weyer F., Pitt W. G., Vandewalle N., Truscott T.T. Drop on a bent fibre // Soft Matter. 14(19). 2018. P. 3724-3729.