Эксперименты по максимальному водоудержанию кронами древостоев. Моделирование перехвата осадков хвоей

Для оценки величины водоудержания был организован и проведен эксперимент по искусственному дождеванию частей крон (ветвей). В экспериментальных работах использовано 9 пород лиственных и хвойных деревьев в период максимального развития зеленой массы (конец июня 2018 г.), произрастающих на водосборе: береза, осина, липа; сосна; ель. Отбор веток для проведения дождевания и определения массы влаги весовым способом производился с различных частей крон анализируемых пород деревьев. Использованы деревья возрастом от 40 до 60 лет, высотой от 16 до 20 м, с каждого из которых отбиралось 10-20 ветвей массой от 0.4 до 5.0 кг. Определялась естественная масса ветви в сухую погоду с точностью до 5 г (использованы весы III класс точности, ОКП 42 7451, ГОСТ 29329-92 с заводской погрешностью измерений +/- 5 г, погрешности измерений массы воды на листьях в момент максимального водоудержания не превышали 11.1% при средней величине 4.3%). После чего производилось искусственное дождевание ветви до момента стабилизации максимальной массы. По разнице масс сухой и смоченной ветви определялась величина максимального количества удержанной влаги.

Для расчета площади листовой поверхности вручную подсчитывалось количество листьев на анализируемой ветви, после чего формировалась выборка из 50 отдельных листьев с разных частей ветви, для которых рассчитывалась средняя площадь листа в анализируемой выборке (с погрешностями не более 2 мм²). Статистическая погрешность определения площади не превышала 3%.

Для каждого листа в выборке измерялись его площадь, длина жил, рассчитывались статистические параметры выборки; для хвои – только площадь и длина. В расчетах использовано среднее значение (норма) (табл. 1).

По результатам наблюдений в естественных и лабораторных условиях установлено, что водоудержание жидких осадков кронами пород происходит только за счет воды, находящейся в капельном виде, и за счет смачивания ветвей (не более 10% общего водоудержания кронами).

На основе экспериментов по искусственному орошению ветвей разного размера получена эмпирическая зависимость максимальной массы удерживаемой дождевой воды от площади листовой поверхности (рис. 3). Зависимости характеризуются хорошим качеством (коэффициенты корреляции более 0.9 во всех случаях), и группируются в отдельные пучки. Анализ полученных зависимостей позволил сделать вывод о том, что удельное водоудержание лиственных (первый множитель, показывающей массу воды, приводящейся на 1 м² листовой поверхности) определяется типом жилкования листьев анализируемых пород. Для листьев, имеющих перисто-сетчатое жилкование, удержание больше, чем для перисто-краевого типа жилкования.

Рис. 4 –  Зависимость максимальной массы удерживаемой вводы (г) от площади листовой поверхности анализируемой породы (LA, м²)

Для подтверждения данного предположения, на листовых пластинах анализируемых выборок средствами компьютерных программ (AutoCAD 2007), выполнены измерения длины жил. Результаты измерений опубликованы в (Клименко и др., 2018, 2019). На основе сведений о суммарной длине видимых жил и «нормальной» (средней по репрезентативной выборке) площади листа определены средние величины плотности жил и установлена зависимость между ними и удельным удержанием влаги для заданной породы. Зависимость характеризуется хорошим качеством (коэффициент корреляции 0.89).

Используя биометрические показатели деревьев, для которых проведены экспериментальные работы, а также полученных эмпирических зависимостей, выполнена оценка величин максимального удержания дождевых осадков на кронах в виде массы удержания (кг) и величины слоя осадков в расчете на проекционную площадь кроны (м²) (табл. 3).

Таблица 3 – Расчетная масса максимально возможного удержания дождевых вод на кронах лесообразующих пород (лиственных II класса бонитета, возраст пород – 40 лет и хвойных II класса бонитета, возраст пород – 80 лет, сомкнутость древостоя 0,8)

Результаты и обсуждение