СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЛЕСНОГО ОВРАГА
METHOD TO MAKE MEASUREMENTS IN ORDER TO IDENTIFY FOREST RAVINE PROFILE

Изобретение относится к геоэкологии и экологической таксации лесного ландшафта по растущим на склонах оврагов деревьям.
Известен способ проведения измерений для определения профиля лесо-луговой террасы поймы реки или иного водотока (см. книгу: Вильямс В.Р. Избранные произведения. Том III. Научные основы луговодства (1922-1933) / В.Р.Вильямс. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 735-742, 901-903), включающий изучение влияния растительности на формирование притеррасной части поймы, известно также, что молодые речки начинаются с молодых оврагов, которые после замедления эрозии начинают зарастать вначале травой, а в последующем и деревьями. Они постепенно образуют лесной древостой, который, в свою очередь, формирует сам лес как целостную экосистему.
Поэтому известны способы борьбы с оврагами (см. книги: Брауде И.Д., Васьковский Н.Ф. Облесение оврагов и балок. - М.-Л.: 1950. - 50 с.; Козьменко А.С. Борьба с эрозией почв. - 2-ое изд. - М.: 1949. - 160 с.; Рожков А.Г. Борьба с оврагами. - М.: Колос, 1981. - 190 с.), например, в них приводятся следующие рекомендации.
Сплошное облесение проводится на откосах оврагов крутизной 8° и более, а также на берегах балок (лощин), которые мало пригодны для луговых и пастбищных угодий. Облесение откосов оврагов допускается только в том случае, если откосы сформировали устойчивый профиль, т.е. угол их естественного откоса составляет не более 32° на суглинках и 26° - на супесях.
Лесные насаждения на дне оврага позволяют избежать дальнейшего его углубления. На ранней стадии развития дно оврага узкое и облесение произвести трудно, поэтому первоначально устраняют запруды, а затем дно закрепляют влаголюбивыми быстрорастущими породами деревьев.
Недостатком аналога и способов облесения оврагов является слабая изученность взаимодействия естественным образом растущих на склонах оврагов лесных деревьев с ручейками, то есть с очень молодыми в геологическом отношении водотоками. Без измерения процесса образования склонов оврага с растущими на них деревьями невозможно понять влияние деревьев, посаженных на террасах рек.
Академик В.Р. Вильямс изучал влияние кочкарников высотой до 1 м с растущей на них осокой (см. с.901-903). Он сам признался, что ему «… не удалось проверить этого предположения, но чрезвычайное развитие воздухоносной ткани делает такое предположение вероятным» (см. с.903, первый абзац сверху).
Однако кочкарник является чрезвычайно сложным природным объектом в гидрологическом, фитоценозном и физиологическом отношении. Ведь трава возникла только около 100 млн. лет назад, а хвойные деревья произрастают на Земле почти 400 млн. лет. Наиболее древней из распространенных пород лесных деревьев считается ель. Поэтому недостаток прототипа в сложности измерений можно уменьшить измерением оврагов с деревьями ели обыкновенной естественного происхождения.
Известен также способ проведения измерений лесной прогалины (RU 2007127931 А, 21.01.2009), включающий выбор одной или нескольких базовых точек отсчета, измерение расстояний до учетных деревьев, причем геодезическую привязку выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева.
Недостатком этого способа является его применение только на равнинной местности и невозможность измерения одновременно с учетными деревьями и профиля оврага.
Технический результат - повышение точности измерения учетных деревьев для определения профиля лесного оврага как некоего физически сформированного биогенного объекта, образовавшегося в процессе существования активного водотока и сформировавшегося по профилю в ходе роста и развития деревьев по склонам оврага в естественных, частично или полностью измененных человеком лесных ландшафтах.
Этот технический результат достигается тем, что способ проведения измерений для определения профиля лесного оврага, включающий выбор одной или нескольких базовых точек отсчета, измерение расстояний до учетных деревьев, причем геодезическую привязку выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева, отличающийся тем, что поперек оврага выбирают пробную полосу леса с расположенными вдоль нее деревьями, затем вдоль оврага выбирают одну или несколько базовых точек для установки в рабочее положение теодолита с возможность измерения расстояний до всех учетных деревьев на пробной полосе по обоим склонам оврага, при этом измеряют расстояния и угол склона в поперечном сечении оврага между серединами диаметров корневой шейки смежных вдоль пробной полосы деревьев, а для привязки середин диаметров всех учетных деревьев в одной системе координат за ее начало принимают точку на кромке наиболее высокого склона оврага, при этом после проведения измерений в камеральных условиях вычисляют глубины и расстояния расположения середин корневых шеек всех учетных деревьев на одной пробной полосе от принятого начала координат.
Для повышения точности изучения влияния оврага на развитие и рост преимущественно ельника и деревьев ели принимается часть оврага со склонами на юг и на север, для измерения поперечного профиля пробная полоса принимается шириной не более 20 м, а по каждому склону принимают не менее по пяти учетных деревьев ели.
Для более точной характеристики оврага принимают не менее трех пробных полос леса в начале, середине и в конце каждого оврага.
Сущность изобретения заключается в том, что принимается гипотеза о влиянии деревьев ели на многолетнее формирование склонов оврага по мере их роста и развития. Причем молодняк от первой материнской ели дает закономерное распределение возраста в зависимости от глубины и расстояния от кромки северного склона оврага.
Сущность предлагаемого способа заключается также в том, что первичной силой в образовании склонов и углублении дна является действие водотока, в особенности в весеннее половодье. Однако деревья ели укрепляют свои места произрастания и не дают развиваться процессу эрозии почвы на склонах.
Положительный эффект заключается в том, что экологический эффект от торможения эрозии почвы дает математически точную формулу поперечного профиля оврага. Иногда складывается даже впечатление, что деревья ели как семейство разновозрастных особей хорошо «знает» свои функции не только в собственном развитии и росте, но и в защите окружающей это семейство среды и обустройстве склонов оврага.
Этому нужно и вполне можно научиться у лесных деревьев.
В патентной и научно-технической литературе материалов, порочащих новизну предлагаемого изобретения, нами не найдено. Совокупность существенных признаков, составляющих техническое решение, предполагает сделать вывод о возможности признания предлагаемого способа изобретением.
На фиг.1 приведена схема поперечного сечения оврага с ручейком, протекающим с востока на запад, и с деревьями ели по склонам, естественно растущим до проведения измерений в течение 40-65 лет; на фиг.2 показан вид сверху на расположение учетных деревьев ели в поперечном сечении оврага; на фиг.3 приведены точки по проведенным геодезическим измерениям и график поперечного профиля оврага по формуле трехчастного тренда; на фиг.4 показан график волнового поведения южного склона оврага по повышениям и ложбинкам в зависимости от влияния деревьев ели; на фиг.5 - то же на фиг.3 для северного склона оврага; на фиг.6 - то же на фиг.3 для русла ручейка по дну оврага.
Способ проведения измерений для определения профиля лесного оврага, например, в ельнике, содержит следующие действия.
Поперек оврага выбирается пробная полоса ельника с расположенными вдоль нее деревьями ели. Затем выбор одной или нескольких базовых точек теодолита выполняют вдоль оврага с возможностью измерения расстояний до всех учетных деревьев на пробной полосе по обоим склонам. При этом измеряют расстояния и угол склона в поперечном сечении оврага между серединами диаметров корневой шейки смежных вдоль пробной полосы деревьев. А для привязки середин диаметров всех учетных деревьев в одной системе координат за начало этой системы координат принимают точку на кромке наиболее высокого склона оврага. При этом после проведения измерений в камеральных условиях вычисляют глубины и расстояния расположения середин корневых шеек всех учетных деревьев на одной пробной полосе от принятого начала координат.
Для повышения точности изучения влияния оврага на развитие и рост преимущественно ельника и деревьев ели принимается часть оврага со склонами на юг и на север, для измерения поперечного профиля пробная полоса принимается шириной не более 20 м, а по каждому склону принимают не менее по пяти учетных деревьев ели.
Для характеристики оврага принимают не менее трех пробных полос леса в начале, середине и в конце каждого оврага.
Способ измерения профиля лесного оврага реализуется, например, по деревьям ели естественного происхождения, произрастающим по обоим склонам оврага, следующим образом.
Поперек оврага выбирается пробная полоса ельника с расположенными вдоль нее деревьями ели. Затем выбор одной или нескольких базовых точек теодолита выполняют вдоль оврага с возможностью измерения расстояний до всех учетных деревьев на пробной полосе по обоим склонам. При этом измеряют расстояния и угол склона в поперечном сечении оврага между серединами диаметров корневой шейки смежных вдоль пробной полосы деревьев. А для привязки середин диаметров всех учетных деревьев в одной системе координат за начало этой системы координат принимают точку на кромке наиболее высокого склона оврага. При этом после проведения измерений в камеральных условиях вычисляют глубины и расстояния расположения середин корневых шеек всех учетных деревьев на одной пробной полосе от принятого начала координат.
Для повышения точности изучения влияния оврага на развитие и рост преимущественно ельника и деревьев ели принимается часть оврага со склонами на юг и на север, для измерения поперечного профиля пробная полоса принимается шириной не более 20 м, а по каждому склону принимают не менее по пяти учетных деревьев ели.
Пример. С использованием способа по прототипу измерялись координаты (фиг.1) поперечного сечения (фиг.2) оврага, расположенного на правом берегу Волги около д. Эшманайкино Горномарийского района Республики Марий Эл.
Измерения в простейшем случае можно проводить с использованием мерной ленты и угломера, причем угол склона измеряется непосредственно относительно середины корневой шейки у каждого учетного дерева ели. А мерной лентой измеряются расстояния по склону между серединами корневых шеек всех учтенных деревьев ели вдоль полосы леса, поэтому предложенный способ можно применять и в школьных лесничествах и в экологических кружках.
Для упрощения закономерностей овраг был принят строго с запада на восток по течению ручейка. Это позволило в дальнейшем выявить влияние оврага на акустические свойства древесины ствола. Для определения параметров у оврага стороны света имеют меньшее значение.
В принятой системе координат Н=f(L) была получена зависимость глубины оврага по характерным точкам расположения деревьев и русла ручейка в виде уравнения (фиг.3) статистической закономерности
где Н - глубина оврага от корневой шейки учетных деревьев, м;
L - расстояние вдоль поперечного профиля лесного оврага, м.
Оказалось, что не только ручеек сформировал за многие десятилетия данное сечение оврага, но и деревья за прошедшие 60 лет определяли волновые возмущения профиля оврага. Поэтому образовались микроповышения на склонах оврага еще по трем составляющим.
Таким образом, работа водного ручейка за десятилетия происходила по четким биотехническим закономерностям.
Четвертая, пятая и шестая составляющие к формуле (1) показывают соответственно работу деревьев на южном (фиг.4) и северном (фиг.5) склонах оврага, а также ручейка за последние несколько лет (фиг.6) в нижней части вдоль оврага:
, ;
,
;
,
,
где А - половина амплитуды колебательного возмущения высоты оврага в измеренных точках по учетным деревьям, м;
p - половина периода колебательного возмущения профиля лесного оврага по расстоянию поперек склонов в принятой системе координат, м.
С начала образования оврага можно оценить энергетические затраты водного потока, а также вклад деревьев в торможение эрозии грунта.
Предлагаемый способ позволяет формировать цифровые модели распределения учетных деревьев по склонам оврага, а через них всего лесного овражного и приовражного древостоя, во времени и пространстве их произрастания. Это позволит проводить различные дендрохронологические, инженерно-экологические и технологические исследования с помощью геометрических свойств профиля оврага, например, экологический мониторинг динамики роста и развития лесного оврага.
Предложенный способ прост в практическом исполнении современными геодезическими приборами, одновременно точен по погрешностям геодезических измерений поверхности склонов оврага по множеству выбранных на склонах учетных деревьев.