Improvement of forest transport network as the factor to strengthen hydrological role of mountain forest areas
Results of the analysis of studies of domestic and foreign scientists regarding evaluation of the hydrological role of forests and their impact on the occurrence of floods, including in the mountain conditions, are presented. Information on the technological processes of forest use in the Ukrainian Carpathians and the current state of the forest transport network is provided. Aspects of their impact on the hydrological role of forest areas are mentioned. Lack of an optimal network of forest roads leads to widespread use of land skidding and wide distribution of primary timber transportation routes in the forests, which is a major factor in reduction of the hydrological role of mountain forest areas. It was proposed to use the value of forest transport network density as an indicator of the impact on the hydrological role of forests.
В.Л. Коржов, к.т.н., с.н.с., член-корреспондент ЛАНУ,
первый зам. директора по научной работе УкрНИИгорлес
Для усиления гидрологической роли лесных территорий необходимо, насколько это возможно, отказываться от трелевочных волоков, обязательно выполнять рекультивацию почвы, сооружать простейшие устройства для регулирования стока воды и переходить на выборочные методы рубок с помощью современной лесной техники. Не менее важным является вопрос разработки, улучшения и координации политики управления лесными и водными ресурсами.
Прогрессирующие тенденции изменения климата и увеличение частоты экстремальных погодных явлений будут оказывать существенное воздействие на гидрологию и водные ресурсы, что может привести к увеличению рисков возникновения таких бедствий, как засухи, наводнения и оползни. Одним из путей их предотвращения и уменьшения последствий может быть ведение лесного хозяйства на принципах устойчивого развития, а также восстановление поврежденных и деградированных лесных территорий. Лесные экосистемы являются одним из ключевых факторов поддержания экологического равновесия на планете. Экосферная роль лесов больше всего проявляется в горных условиях, где наблюдается наиболее выраженное действие естественных факторов. Лесные насаждения являются основным стабилизирующим элементом, экологическим каркасом естественной среды, который минимизирует неблагоприятные естественные процессы и явления в горах. Особенно необходимо отметить водозащитную и водорегулирующую роль лесов. Атмосферные осадки задерживаются кронами и стволами деревьев. Влага постепенно приходит под полог и впитывается в мох, лесную подстилку и почву, которые удерживают ее, постепенно отдавая в речную систему. В процессе жизнедеятельности лесных растений влага тратится на физическое и физиологичное испарение и питание. В распределении зимних осадков роль леса также значительна. Сначала — в распределении снега по земной поверхности. Потом гидрологическая роль леса в проявляется весной, когда снег активно тает. Благодаря лесам происходит непрерывное наполнение рек водой, отфильтрованной слоями почвы и лесной подстилки. В сухие периоды источником воды являются леса, которые накопили ее в значительных объемах. Лесная растительность путем физического испарения и транспирации возвращает в атмосферу значительное количество влаги, переносимой воздухом на соседние территории. В общем, гидрологическую роль леса можно сформулировать так: в лесу, по сравнению с другими растительными группировками, создаются наиболее благоприятные условия для накопления, удержания и постепенной равномерной отдачи влаги на речной сток и другие расходные элементы водного баланса. Этому способствует его микроклиматическое влияние, а также высокая инфильтрационная и водоудерживающая способность лесных почв. Гидроклиматические и водоохранно-защитные свойства леса создают условия для обеспечения естественного возобновления, роста и развития лесного биоценоза, зарегулированности стока, а в целом — для сохранения и охраны водных ресурсов.
Однако в результате хозяйственной деятельности человека нарушается растительный и грунтовый покровы, что приводит к возникновению, при определенных природно-климатических условиях, кризисных процессов и явлений, среди которых наиболее ощутимыми являются паводки, особенно исторические, приводящие к катастрофическим последствиям. Необходимо отметить наличие широкого спектра исследований о влиянии лесов и лесистости территорий на возникновение и величину паводков. При этом их выводы могут быть разными в зависимости от места расположения объектов и продолжительности исследований и, особенно, от обеспечения объективности выполненных исследований и достоверности полученных результатов. Это объясняется сложностью процессов взаимодействия лесов и водных ресурсов, которые зависят от целого ряда факторов, таких как климат, топография, площадь водосборного бассейна и ее лесистость, тип почв, разновидность древостоев, а также практических методов лесохозяйственной деятельности. На наш взгляд, наиболее полно отражают суть проблемы исследования о влиянии лесоводства на экстремальные наводнения на реках, которые выполнены рядом европейских ученых. Их результаты показывают, что на местном уровне водорегулирующее влияние лесов проявляется при малых и средних паводках. На региональном уровне или общеевропейской территории леса имеют незначительное влияние на исторические паводки. Рубки леса приводят на местном уровне к кратковременному увеличению пика наводнений. При этом их влияние невозможно оценить на больших водосборах. Сплошные рубки малыми площадями незначительно влияют на пики больших и средних наводнений. Потенциал лесов относительно уменьшения наводнений незначителен, чем это широко представляется на разных уровнях. Подобные выводы излагают и украинские ученые, исследования которых свидетельствуют о наличии определенного предела водорегулирующей способности лесов, а также о присутствии других факторов, которые более существенно влияют на возникновение паводков, особенно катастрофических. К ним относятся природно-климатические и грунтово-гидрологические условия (крутизна склонов, состояние и характеристики почв, степень их увлажнения и тому подобное), а также величина антропогенного влияния на лесные и прилегающие к ним территории.
Аналогичные подходы используются для принятия инженерных решений при проектировании водопропускных сооружений на путях транспорта, которые должны обеспечивать пропуск высоких вод соответствующей вероятности (50, 100 и больше лет). Ученые, занимающиеся проблемой достоверности расчетов дорожных водопропускных сооружений, на основе многолетнего опыта установили, что основными факторами, влияющими на формирование стока при паводках в Украинских Карпатах, являются площадь, уклон и ширина водосборного бассейна. Четкой связи объемов стока с такими характеристиками, как средняя абсолютная высота бассейна и лесистость не найдено. Это объясняется тем, что ливневые дожди высокой обеспеченности обычно проходят при повышенной водонасыщенности водосборов, когда аккумулирующее влияние леса на сток проявляется слабо, а также активной хозяйственной деятельностью в этом регионе, существенно влияющей на гидрологическую роль лесов.
Лесные территории Украинских Карпат характеризуются невысоким уровнем транспортной доступности, что связано с низкой густотой автомобильных дорог, которая в 4–7 раз меньше, чем в странах Восточной и Центральной Европы. Леса, где густота дорог превышает 1 км на 100 гектаров, составляют менее 2% площади лесного фонда. А для 65% лесов этот показатель меньше 0,6 км на 100 гектар. Невысокая плотность дорожных трасс предопределяет низкую культуру лесохозяйственного производства, невысокую степень использования лесных ресурсов, неудовлетворительные социально-гигиенические условия труда лесных рабочих. Бездорожье создает трудности для широкого применения выборочных методов рубок, а также современных технологий лесозаготовки и природосберегающих лесных машин. Такая ситуация приводит к подавляющему применению сплошных рубок и строительству значительного количества примитивных проездов для автомобилей и путей первичной транспортировки древесины, которая в большинстве случаев осуществляется наземным способом. Поэтому в лесах широко распространены трелевочные волоки, которые устраиваются во время лесосечных работ при применении не только колесных и гусеничных тракторов, но и гужевого транспорта. В горных лесах они строятся, преимущественно, для гусеничных трелевочных тракторов и имеют достаточно большие продольные уклоны. На волоках, как правило, отсутствуют искусственные сооружения и водоотвод. Типичным для горных лесов является расположение путей первичной транспортировки древесины, представленное на рис. 1.
Общеизвестным является тот факт, что лесная подстилка является важным фактором водорегулирования. Но при применении наземной трелевки древесины она не только нарушается, а на определенных участках, особенно на крутых склонах, сносится полностью. Наибольший вред поверхности вырубок наносится при тракторной трелевке, объемы применения которой в Украинских Карпатах превышают 90%. В горных условиях волоки на лесосеке занимают, в среднем, 8% общей площади. При этом объем эрозии на волоках достигает 70% общего объема эрозии на всей лесосеке. С учетом волоков средний объем эрозии почвы при использовании гусеничных и колесных трелевочных тракторов находится в пределах 240–260 м³/га. В отдельных случаях объем эрозии на лесосеках может достигать и 500 м³/га. Космический снимок лесосеки, разработанной с использованием гусеничного трактора, представлен на рис. 2.Для горных лесных территорий характерна линейная форма водной эрозии, которая проявляется на сильно минерализованных участках, то есть местах расположения трелевочных волоков и проездов, а также погрузочных пунктов. Автомобильные проезды и трелевочные волоки врезаются в склоны, что приводит к формированию значительных объемов эрозии и дренированию грунтового стока. Особенно опасными в плане эрозии являются магистральные трелевочные волоки, которые при низкой густоте лесных автодорог эксплуатируются длительный период и со временем превращаются в линейные выемки (овраги). По ним во время осадков или снеготаяния стекают потоки воды (рис. 3).
Подавляющее применение наземной трелевки древесины на лесозаготовке в Украинских Карпатах, при отсутствии лесных автодорог, вызывает ощутимые изменения в горных ландшафтах. Нарушаются естественные гидрологические процессы, что приводит к увеличению объемов поверхностного стока на склонах и ускорению поступления воды в речную сеть. Линейная природа волоков и проездов, а также их прокладка преимущественно с большим уклоном приводят к тому, что их влияние на гидрологический режим территории является более ощутимым, чем вырубка леса. Участки трелевочных волоков и проездов, проложенные со значительными продольными уклонами, длительное время являются очагами водной эрозии и негативно влияют на гидрологический режим лесных территорий даже при условии возобновления лесной растительности. Отсутствие автодорог отрицательно влияет на гидрологический режим не только лесных территорий, но и на прилегающие к ним сельскохозяйственные угодья, где также широко распространена сеть грунтовых проездов. На размеры и формы проявлений эксплуатационной эрозии меньше влияют виды и интенсивность рубок, чем технология, применяемые машины и организация лесосечных работ, от особенностей которых зависит степень уничтожения или повреждения напочвенного покрова (растений, подроста, деревьев), минерализация и изменение водно-физических свойств почв. Необходимо подчеркнуть, что между лесозаготовками и водорегулирующей ролью лесов противоречия могут не возникать в случае применения природоохранных технологических процессов и систем машин. Мало поврежденная почва на вырубках еще долго сохраняет все свойства лесных почв, с которыми связаны основные гидрологические процессы. Это подтверждается тем фактом, что даже при сплошных рубках, при условии обеспечения сохранности почв и подроста, проходит сравнительно быстрое возобновление защитных функций лесов. К примеру, использование на лесосечных работах в горных лесах Украинских Карпат канатных лесотранспортных установок и современной техники для машинной заготовки древесины (харвестеров и форвардеров) значительно уменьшает негативное влияние рубок на гидрологическую роль лесных территорий благодаря существенному снижению объемов повреждения грунтовой поверхности (рис. 4 и 5).
Можно отметить наличие таких основных трех групп факторов, которые в той или иной мере влияют на гидрологический режим лесных территорий и вызывают возникновение паводковых ситуаций: природно-климатические, организационные и технологические. К первой группе относятся: рельеф местности, климатические, гидрологические и грунтовые условия, а также характеристики древостоев (порода, возраст и бонитет деревьев) и их распределение по площади водосборных бассейнов). Эта группа факторов обусловлена природой и историей развития региона и является неуправляемой в краткосрочной перспективе. Возможности формирования лесных насаждений реализуются на протяжении длительного периода. Организационные факторы включают: методы планирования объектов лесохозяйственной деятельности, в т. ч. место и сроки проведения разных видов рубок и обустройства лесной инфраструктуры; форму организации выполнения работ, особенно лесосечных; квалификацию и уровень оплаты труда лесных рабочих; порядок и содержание контроля при выполнении работ. К технологическим факторам относятся: выбор применяемых машин и технологических процессов лесосечных работ; уровень проведения подготовительных работ; рациональность технологических схем первичной транспортировки древесины (оптимальность расположения волоков и складов лесоматериалов, расстояния трелевки); способы лесовозобновления. Две последние группы факторов обусловлены только человеческой деятельностью. На них влияют как объективные, так и субъективные факторы.
Отсутствие оптимальной сети лесных автодорог и широкое распространение путей первичной транспортировки древесины в лесных массивах является одним из весомых факторов снижения гидрологической роли горных лесных территорий. Поэтому целесообразным является применение новых подходов к оптимизации лесотранспортной сети в лесных массивах с учетом принципов интегрированного ведения лесного и водного хозяйства, которыми предусмотрено при принятии решений учитывать не только технико-экономические, но и природоохранные критерии. Совершенствование лесотранспортной сети путем строительства новых лесных автодорог и реконструкции уже эксплуатируемых отвечает этим критериям. Оптимальная их густота позволит снизить объемы грузовой работы на первичной транспортировке древесины за счет таких факторов: устранение использования большинства магистральных волоков, уменьшение среднего расстояния трелевки древесины и количества проходов трелевочной техники по волокам. А это, в свою очередь, снижает объемы эрозийных процессов и степень уплотнения лесных почв. Важность и необходимость учета влияния лесного транспорта на гидрологические процессы подтверждаются исследованиями, проведенными в разных странах, а также наличием обоснованных предложений по улучшению гидрологической роли лесных территорий путем совершенствования лесотранспортной сети.
1. Для усиления гидрологической роли лесных территорий необходимо осуществить разработку и реализацию мероприятий, включающих существенное уменьшение количества используемых трелевочных волоков и обязательную их рекультивацию по завершению лесосечных работ, устройство в лесном фонде простейших гидротехнических сооружений для регулирования стока или накопления воды, постепенный переход на выборочные методы рубок, применение современных систем лесных машин и природоохранных технологий лесозаготовок.
2. Для более полной оценки особенностей гидрологической роли лесов целесообразно ввести в практику использование:
3. Актуальным является вопрос разработки, улучшения и координации политики управления лесными и водными ресурсами. В лесной отрасли эти аспекты должны рассматриваться в контексте устойчивого ведения лесного хозяйства и лесопользования, а также интеграции водного и лесного хозяйства.
Статья подготовлена в рамках международного проекта «HYDROFOR: системы оптимального ведения лесного хозяйства, направленные на усиление гидрологической роли лесов в предупреждении паводков в бассейне реки Бодрог» (регистрационный номер HUSKROUA/1101/262), который реализуется в рамках программы Трансграничного сотрудничества Венгрия — Словакия — Румыния — Украина при софинансировании Европейского Союза.
