ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ШОССЕЙНЫХ ДОРОГ
ПРИ СОВЕТЕ МИНИСТРОВ КАЗАХСКОЙ ССР

 

УКАЗАНИЯ
ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ
МЕТОДОВ ЖИВОЙ СНЕГОЗАЩИТЫ
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
КАЗАХСКОЙ ССР

Алма-Ата

1968

 

Утверждены приказом

Начальника ГУШОСДОРА

 при Совете Министров

 Казахской ССР

№ 159 от 24 апреля 1968 года

 

УКАЗАНИЯ
ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ
МЕТОДОВ ЖИВОЙ СНЕГОЗАЩИТЫ
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
КАЗАХСКОЙ ССР

Алма-Ата

1968

 

В основу настоящих Указаний положены результаты исследований характера снежных отложений у лесных полос различных конструкций и их аэродинамических свойств в целях выявления наиболее рациональных конструкций снегозащитных насаждений, обладающих повышенной снегоемкостью и надежно защищающих автомобильные дороги от наносов в условиях высокой снегозаносимости. Указания разработаны старшим научным сотрудником Казахского филиала СоюздорНИИ Федюшиным В.Т., утверждены приказом начальника Гушосдора при Совете Министров Казахской ССР № 159 от 24 апреля 1968 года и являются официальным документом для всех организаций и лиц Гушосдора, выполняющих работы по выращиванию снегозащитных насаждений вдоль автомобильных дорог.

ВВЕДЕНИЕ

Значительным затруднением для нормального функционирования автомобильных дорог северных районов Казахской ССР в зимних условиях является высокая их снегозаносимость, вызванная резко выраженной равнинностью, исключительной безлесностью территории и продолжительным зимним периодом. В таких условиях отдельные участки дорог подвергаются очень сильной заносимости, достигающей 1200 м³ на 1 п/м, что требует создания надежных защит, ограждающих дороги от снегозаносов.

Эффективную борьбу с заносами можно организовать только исходя из региональных особенностей климата и физических свойств и объема приносимого к дороге снега.

Наиболее перспективным средством предупреждения заносов является создание снегозащитных насаждений соответствующих конструкций.

Разработанные СоюздорНИИ плотные конструкции снегозащитных насаждений, надежно защищающие дороги в условиях европейской территории Союза при слабой степени заносимости - до 200 м³/п.м., в условиях севера Казахстана недостаточно эффективны и в отдельных случаях даже приводят к отрицательным результатам, поэтому разработка эффективных методов живой снегозащиты в условиях Казахской ССР требовала дальнейшего совершенствования. С этой целью Казахским филиалом СоюздорНИИ с 1962 года изучаются аэродинамические свойства и работоспособность лесных полос различного строения для выявления более эффективных конструкций снегозащитных насаждений, обладающих повышенной снегоемкостью и надежно защищающих автомобильные дороги от заносов в условиях высокой снегозаносимости. В результате таких исследований составлены данные указания, в которых предлагаются эффективные конструкции снегозащитных насаждений и их рациональное размещение вдоль автомобильных дорог.

1. Основные факторы вызывающие заносимость дорог

Для борьбы со снежными заносами необходимо знание физических свойств снежного покрова и закономерностей процессов сдувания, переноса и отложения снега в естественных условиях. Различают четыре основных вида явлений переноса снега, вызывающих заносы. Это низовая метель, поземок, верховая метель и общая метель.

Низовая метель обычно протекает при ясной морозной погоде с сильным ветром. Разновидностью низовой метели является поземок. Он характеризуется переносом частиц ранее выпавшего снега, срываемого ветром с поверхности снежного покрова. Основная масса снега (около 89 %) при поземке перемещается не выше 10 см над поверхностью снежного покрова.

С увеличением силы ветра поземок перерастает в низовую метель. Высота распространения низовой метели при скорости ветра 15 - 20 м/сек достигает 2 - 3 м и сопровождается резким ухудшением видимости. Под действием низовых метелей и поземки переносятся значительные массы снега, которые в местах отложений в короткое время образуют плотные и мощные заносы.

Верховая метель обычно проходит при скорости ветра от 0 до 5 м/сек. Верховая метель со скоростью, близкой к 0, называется снегопадом. Снежинки, выпав на поверхность покрова, остаются в дальнейшем без движения.

Такой снегопад особого вреда дорогам не приносит и результаты его могут быть сравнительно просто ликвидированы 1 - 2 проходами снегоочистителя.

Общая метель возникает от слияния верховой и низовой метелей. Опасность заносов от общей метели зависит от силы ветра, продолжительности и интенсивности выпадения осадков. По этим признакам различают слабые, средние и сильные метели.

Слабые метели - это верховые метели с легким поземкой при силе ветра до 10 м/сек.

Средней считается метель, сопровождающаяся ветром от 10 до 15 м/сек с выпадением большого количества снега. Эти метели довольно опасны и вызывают значительные заносы.

Сильные метели, как правило, бывают циклонического происхождения и опасность их возрастает не только от увеличения силы веера, скорость которого достигает 16 - 20 м/сек, но и от продолжительности действия. Нередко такие метели длятся несколько суток и могут перерастать в снежные бураны. Области распространения таких циклонов крайне обширны и достигают радиуса действия более 1000 км.

Степень заносимости дорог зависит от продолжительности зимы и количества метелевых дней в году, интенсивности и количества выпадающих осадков, скорости и направления ветра по отношению заносимых участков дорог, температуры воздуха и продолжительности метели, рельефа местности и поперечного профиля полотна дороги.

Участки дорог в зависимости от количества приносимого снега в течение одной зимы делятся на 4 степени заносимости:

1. Очень сильнозаносимые                                  - более 600 м³/п.м.

2. Сильнозаносимые                                            - от 400 до 600 м³/п.м.

3. Среднезаносимые                                             - от 200 до 400 м³/п.м.

4. Слабозаносимые                                               - до 200 м³/п.м.

Особое влияние на быстроту заноса дороги оказывают скорость и направление ветра. Занос дороги происходит при всех видах метелей только с различной интенсивностью. При равной силе ветра и одинаковым количестве выпадающего снега участки дороги заносятся с различной быстротой, что зависит, главным образом, от её поперечного профиля.

Согласно техническим указаниям по снегоборьбе, в основу которых положен характер поперечного профиля дорог, все автомобильные дороги по заносимости делятся на 3 категории.

К первой категории относятся выемки глубиной от 0,4 до 8,5 м и нулевые места на косогорах. Такие места заносятся при первых же метелях.

Ко второй категории относят мелкие выемки глубиной до 0,4 м и нулевые места. Такие участки дорог заносятся более поздними метелями.

К третьей категории принято относить менее заносимые поперечные профили дорог - малые насыпи высотой до 0,65 м и насыпи до 1 м в косогорных и сильнозаносимых участках.

На величину переноса снега большое влияние оказывают его физические свойства и такие факторы, как состояние снежного покрова и шероховатость поверхности, а также структура снега и форма снежинок. Сухой крупитчатый снег даже при небольшом ветре проносится на большое расстояние. Такой снег, выпадающий при низких температурах, долго сохраняет сыпучее состояние и легко переносится ветром. При повышенной же температуре и влажности воздуха снег быстро уплотняется и теряет свою подвижность. На поверхности снежного покрова при этих условиях образуется плотный наст, который в значительной степени препятствует сдуванию снега.

Кроме наста, на поверхности снега может образоваться корка в ясные солнечные дни с оттепелями или под влиянием выпадающего на снежную поверхность и замерзающего дождя, которая также предохраняет снег от развевания и переноса. Только при очень сильном ветре наст и корка могут быть разрушены. Поэтому очень важное значение в борьбе со снежными заносами имеет учет не только выпавшего во время метелей снега, но и всей массы снега, идущей на перенос.

Большое влияние на снегозаносимость дорог оказывают размеры снегосборных площадей. Там, где местность со стороны господствующих метелевых ветров представляет собой ровную открытую степь, наблюдается сильная снегозаносимость. В условиях волнистого рельефа снеговетровой режим имеет свои специфические особенности, влияющие на характер снежных отложений. При этом очень важны такие факторы, как экспозиции склонов по отношению к господствующим метелистым ветрам, формы склонов - пологие или крутые, покатые или обрывистые и формы водоразделов - плоские, куполовидные, гребневидные, крышевидные, ступенчатые или террасообразные и т.п.

Наиболее часто снежные метели наблюдаются на водоразделах. Формирование снежных отложений на водоразделах резко отличается от характера снежных отложений на междуводораздельных пространствах, что связано с особенностями снеговетрового режима.

Водораздел создает стеснение живого сечения снеговетрового потока, что способствует увеличению силы ветра. Поэтому, когда в долинах он еще не достигает такой силы, при которой начинается снегоперенос, на водоразделах в это время уже отмечается метель. Следовательно, число дней с метелями на водоразделах больше, чем в долинах.

Однако заносимость дорог в долинах происходит интенсивнее, чем на водоразделах. Это объясняется значительным снижением скорости снеговетрового потока в долинах, в результате чего снежинки выпадают из снеговетрового потока и образуют занос. Таким образом, защита дорог от заносов и борьба со снегом в долинах значительно тяжелее, чем на водоразделах, где снежный покров имеет меньшую мощность. Незначительный снежный покров наблюдается и на крутых наветренных склонах, средней мощности снежный покров встречается на ровных пространствах плоских водоразделов и на ровных пространствах между возвышенностями.

Наибольшей мощности снежный покров достигает на подветренных склонах возвышенностей и в отрицательных формах рельефа. Террасообразные уступы на склоне долин имеют неодинаковую мощность снежного покрова. При такой форме рельефа снежный покров сглаживает резкие перегибы склона. Наибольшей мощности снежный покров достигает у подножий стенок между террасами, а наименьшей - у противоположного края каждой террасы. Самым неудачным местом проложения дороги является начало подветренного склона водораздела, где всегда откладывается много снега. На самом водоразделе при прохождении трассы по выемкам с полуторными откосами наблюдается сильная заносимость дорог, а при проложении трассы незаносимыми высокими насыпями дорога хорошо продувается и, следовательно, не заносится.

Значительной снегозаносимости подвергаются участки дорог, проходящие по территории с резко выраженной равнинностью, благодаря неограниченным снегосборным бассейнам. Поэтому такие участки дорог требуют особенно тщательной защиты.

Естественными границами снегосборных бассейнов могут быть лесные массивы, кустарниковые заросли, речные долины, широкие овраги и сопочные возвышения, а также любые искусственные препятствия, если они полностью задерживают снегоснос, поступающий с расположенной за ними части бассейна. Исходя из этого целесообразно осуществление снегозадержания только в пределах снегосборного бассейна и нецелесообразно - за пределами снегосборной площади.

2. Конструкции снегозащитных насаждений

Основной принцип действия снегозащитных лесных полос заключается в уменьшении скорости снеговетрового потока до такого предела, при котором происходит полное отложение переносимого снега. Следовательно, работоспособность снегозащитных полос зависит от их густоты и сомкнутости. По этому признаку различают три основных вида конструкции снегозащитных лесных полос: плотная (непродуваемая), ажурная и продуваемая. Каждая из указанных конструкций имеет свои особенности в строении полос и влиянии на изменение структуры снеговетрового потока, а, следовательно, и формы снежных отложений.

Лесная полоса плотной (непродуваемой) конструкции представляет собой в облиственном состоянии плотное сверху донизу насаждение, в вертикальном профиле которого нет сквозных просветов или их количество не превышает 5 % (рис. 1). Ветровой поток при встрече с такой полосой через нее почти не проникает, а огибает ее сверху и на некотором расстоянии от опушки с завихрением опускается на землю. Эта конструкция полос действует как вихреобразователь. Образование снежного сугроба по высоте в таких полосах происходит сравнительно быстро, сугроб имеет крутые откосы, и его вершина находится в самой полосе или вблизи опушки. Вследствие этого полосы таких конструкций часто зарабатываются, т.е. заносятся снегом и теряют свои защитные свойства. В ряде случаев такие полосы не только не защищают дороги от заносов, но даже способствуют их заносимости, а снег, накапливаемый в насаждениях, вызывает значительный снеголом, что снижает их работоспособность. По данным Я.А. Бражевского, на расчистку таких снеголомов Целиноградской дистанцией в зимний период 1964 г. затрачено около 25 тыс. рублей, или более 15 % эксплуатационных расходов. Аналогичные результаты отмечены и на Орской дистанции. Здесь, по данным И.Я. Петухова и др. на уборку снеголома с 1 га ежегодно затрачивается до 50 ч/дней. Снеголом отрицательно влияет и на биологическую устойчивость насаждений. Повторяясь из года в год, он расстраивает их и приводит к преждевременной гибели.

Рис. 1. Лесная полоса плотной конструкции.

Рис. 2. Лесная полоса ажурной конструкции.

Рис. 3. Лесная полоса продуваемой конструкции.

Лесная полоса ажурной конструкции в облиственном состоянии имеет сквозные просветы, более или менее равномерно распределенные по всей ее высоте (рис. 2). При встрече ветрового потока с ажурной полосой он частично переваливает через неё, а частично просачивается по всему её вертикальному профилю. Поэтому ажурные полосы действуют одновременно как вихреобразователь и аэродинамическая решетка. Максимальная высота сугроба у таких полос формируется на расстоянии 2 - 3 м от заветренной опушки, снежные шлейфы длинные и пологие. Такие полосы в течение зимы не зарабатываются и обладают значительной снеговой емкостью.

Лесная полоса продуваемой конструкции в облиственном состоянии представляет собой в верхней и средней своих частях плотное или слабоажурное насаждение со сквозными просветами внизу (рис. 3). Продуваемые полосы могут быть с низкорослым кустарником или без него. Лесные полосы этой конструкции в зависимости от степени ажурности могут быть как более, так и менее ветропроницаемы, чем полосы ажурной конструкции.

Главное отличие ажурных полос от продуваемых состоит не в количестве просветов, а в том, как эти просветы распределены в насаждении. Как указывалось выше, у ажурных полос просветы равномерно распределяются по всей высоте древостоя насаждений, а у продуваемых они сосредоточены в основном в нижней части древостоя. Продуваемая полоса, так же как и ажурная, разделяет ветровой поток на две части. При этом верхняя большая часть потока переваливает через полосу, а нижняя часть с повышенной скоростью проходит внизу между стволами деревьев. Следовательно, эта лесная полоса действует как аэрогидродинамический диффузор и как вихреобразователь. У таких полос отмечается наиболее равномерное снегораспределение, а в самих полосах - минимальное количество снега, что объясняется повышенной скоростью ветра в нижней части полос. Благодаря этому снег из таких полос выдувается и не накапливается в них. Эти полосы обладают повышенной снегоемкостью, т.е. имеют наибольший снегозащитный эффект. Следовательно, в условиях большой снегозаносимости автомобильных дорог им необходимо отдавать предпочтение, наиболее эффективными снегозащитными насаждениями в таких условиях являются 5-рядные полосы продуваемой конструкции с максимальной величиной продуваемости в нижнем ярусе (до 70 - 80 %) и наименьшей - в верхнем (до 25 - 30 %). Такая конструкция способствует повышенной скорости ветрового потока между стволами деревьев в нижнем ярусе, что влечёт за собой выдувание снега из полосы и увеличение их снегоемкости, благодаря удлиненным снежным шлейфам, а повышенная плотность полос в верхнем ярусе - образованию резко выраженного воздухопада, обуславливающего создание устойчивой зоны выдувания. Это особенно важно при условии совпадения зоны выдувания с полотном дороги.

3. Формы поперечных сечений снегозащитных полос

На снегозащитные свойства лесных полос, кроме конструкций, оказывают влияние и формы их поперечных сечений. Наиболее часто встречаются лесные полосы, имеющие следующие сечения.

1. Прямоугольное, когда весь древостой находится в одном ярусе.

2. Треугольное - высокие деревья находятся в центре полосы, низкие - на опушках.

3. Вогнутое - высокие деревья в крайних рядах, низкие - в центральных, опушки овальные.

4. Обтекаемое - с наветренной стороны деревья низкие, с подветренной высокие, полог древостоя пологий (рис. 4).

Наибольшим снегозащитным эффектом обладают лесные полосы обтекаемого сечения, благодаря удлиненным снежным шлейфам и повышенной снегоемкости, что связано с уменьшением боковой шероховатости и увеличением их обтекаемости ветровым потоком, поэтому в условиях большой снегозаносимости необходимо создавать лесные полосы обтекаемого поперечного сечения, путем ввода в их наветренные ряды более низких пород и более высоких - в подветренные.

Рис. 4. Формы поперечных сечений лесных полос:

1 - прямоугольное; 2 - треугольное; 3 - вогнутое; 4 - обтекаемое.

Рис. 5. Густая двухрядная кустарниковая кулиса при снегозаносимости до 25 м³/п.м.

Рис. 6. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 50 м³/п.м.

4. Расположение снегозащитных лесных полос вдоль дорог

Очень важен правильный выбор расстояния от снегозащитных полос до полотна дороги. Для установления оптимального расстояния необходимо принимать во внимание аэродинамические свойства полос, а именно: длину их ветрозащитной зоны (ветровую тень) и расположение зоны выдувания. Это расстояние должно быть достаточным, чтобы полностью разместить здесь подветренные снежные отложения. При этом основные массы снежных отложений будут откладываться в ветрозащитной зоне, а полотно дороги расположится в зоне выдувания, характеризующейся минимальными снежными отложениями. Такое расположение полос будет способствовать предотвращению заносимости дорог даже в опасные зимние периоды, когда количество приносимого снега превысит их снегозадерживающую способность.

СоюздорНИИ рекомендует для условий слабой заносимости (до 200 м³/п.м) с учетом объема снегозаноса применение узких и плотных снегозащитных древесно-кустарниковых кулис. Эти кулисы рекомендуется размещать на прилегающей к дороге полосе, ширина которой рассчитывается по формуле:

где: L - ширина зоны отвода, в которую входит ширина снегозащитных кулис в метрах, вместе с разрывами между ними и расстоянием от бровки земляного полотна до первого ряда снегозащитной полосы (X).

S_max - площадь поперечного сечения снежного вала в годы наибольших заносов (м²).

h_p - высота рабочей части насаждения (средняя высота снежного вала в полосе).

В зависимости от объемов снегозаноса древесные насаждения располагаются на снегосборном бассейне следующим образом.

Рис. 7. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 75 м³/п.м.

Рис. 8. Размещение древесно-кустарниковой кулисы при снегозаносимости до 100 м³/п.м.

Рис. 9. Размещение древесно-кустарниковых кулис при снегозаносимости до 150 м³/п.м.

Рис. 10. Размещение древесно-кустарниковых кулис при снегозаносимости до 200 м³/п.м.

Для участков дорог с объемом снегозаноса до 25 м³/п.м рекомендуется густая двухрядная посадка кустарников на расстоянии 20 - 25 м от бровки земляного полотна (рис. 5).

На участках дорог с объемом снегозаноса до 50 м³/п.м закладывается одна четырехрядная древесно-кустарниковая кулиса на расстоянии 30 м от бровки земляного полотна, при этом два ряда с полевой стороны устраивают из кустарников и два ряда с дорожной стороны - из густоветвистых низкокронных деревьев (рис. 6).

Надежной защитой для участков дорог с объемом снегозаноса до 75 м³ п/м служит шестирядная древесно-кустарниковая кулиса, заложенная на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна дороги. В такой кулисе кустарники занимают крайние ряды (рис. 7).

На участках дорог со снегозаносом до 100 м³/п.м закладывают древесно-кустарниковую кулису на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна в сочетании с двухрядной посадкой кустарников, размещенных на расстоянии 15 м от кулисы в сторону поля (рис. 8).

Участки дорог со снегозаносом до 150 м³/п.м надежно защищает система из двух узких древесно-кустарниковых кулис, в которой ближе к дороге располагаемая шестирядная кулиса на расстоянии 40 м от бровки земляного полотна, а со стороны поля четырехрядная кулиса на расстоянии 30 м от шестирядной кулисы (рис. 9).

Для участков дорог со снегозаносом до 200 м³/п.м закладывают систему из двух шестирядных древесно-кустарниковых кулис с разрывом между ними в 35 м. При этом ближайшую к дороге кулису размещают на расстоянии не ближе 50 м от бровки земляного полотна (рис. 10).

Для таких снегозащитных насаждений рекомендуются ветвистые древесные породы с низко опущенной кроной и высокорастущими кустарниками.

Небольшое количество рядов в кулисах компенсируется загущением посадки в рядах с расстоянием между стволами через 0,4 м и уширением междурядий до 2,5 - 3,0 м, что обеспечивает повышение площади питания растений и возможность механизации обработки почвы и ухода за полосами.

Опытная проверка характера снежных отложений у экспериментальных лесных полос вдоль автомобильных дорог свидетельствует о надежной защите их при слабой степени заносимости до 200 м³/п.м.

В условиях севера Казахской ССР автомобильные дороги проходят в основном по равнинным участкам степей, где снег переносится на большие расстояния и дороги, следовательно, подвергаются более значительным взносам. Объемы снежных отложений на автомобильных дорогах достигают 300 - 400 м³/п.м, а в более снежные зимы - 600 - 700 м³/п.м с максимумом на отдельных участках до 1200 м³/п.м.

Плотные конструкции полос в таких условиях, как правило, быстро зарабатываются. Частые поземки и метели сильно уплотняют снег в заработанных полосах, особенно при примешивании к нему земляной пыли, являющейся результатом зимней эрозии почв. Это обстоятельство усугубляет вредное воздействие снежных сугробов на сохранность защитных насаждений. Появляются повреждения древостоя лесных полос (снеголом). В результате этого некоторая часть снегозащитных насаждений плотных конструкций ежегодно выходит из строя.

Поэтому схемы и конструкции снегозащитных полос, предложенные СоюздорНИИ и являющиеся надежной защитой для участков слабой заносимости (до 200 м³/п.м), в условиях большой заносимости не дают положительных результатов.

Предлагаемые продуваемые конструкции полос с обтекаемым поперечным профилем обладают большей снегоемкостью, чем плотные полосы, и не подвергаются снеголому. Но ввиду значительной снегозаносимости наших дорог целесообразно применение нескольких древесно-кустарниковых кулис разнообразных конструкций, т.к. одна снегозащитная кулиса не в состоянии надежно защищать дорогу от заносов. Расчёт ширины участка, на котором должны располагаться кулисы, осуществляется по формуле, применяемой СоюздорНИИ, а конструкции снегозащитных кулис и разрывы между ними необходимо дифференцировать следующим образом.

Первая наветренная кулиса на снегосборном бассейне с полевой стороны обязательно должна быть продуваемой конструкции без кустарников, последующие промежуточные кулисы - продуваемыми с низким кустарником и последняя придорожная кулиса - непродуваемой конструкции.

Согласно данным наших снегомерных съемок, снежные шлейфы у лесных полос продуваемой конструкции даже на участках с большим снегосборным бассейном не распространяются дальше 80 - 100 м, а на участках с меньшими снегосборными бассейнами и центральных кулисах - не дальше 40 - 60 м. Поэтому первую промежуточную кулису необходимо располагать на расстоянии 80 м от наветренной кулисы. На таком расстоянии еще не наблюдается разгона метели и, вследствие этого, промежуточная кулиса не будет перегружаться снегом.

Отсутствие кустарников в первой наветренной кулисе будет способствовать выносу основной массы снежных отложений за пределы полосы, что предохранит древостой кулисы от снеголома. Этой кулисой будет удерживаться основная масса переносимого снега со снегосборного бассейна, а к другим кулисам его будет переноситься значительно меньше.

Ряды кустарников в промежуточных кулисах служат для аккумуляции ими поземкового снега и будут препятствовать его выносу за пределы кулис.

Расстояние между такими второстепенными кулисами принимается до 60 м.

Последняя дорожная кулиса для обеспечения выраженной зоны выдувания и уменьшения длины шлейфа должна иметь плотную конструкцию и располагаться на расстоянии не более 60 м от полотна дороги и на таком же расстоянии от предыдущей кулисы.

Сами межкулисные разрывы такой ширины не изымаются из пахотной площади земель совхозов и колхозов и дают возможность хозяйствам проводить в них механизированные сельскохозяйственные работы. Кроме этого, при таком размещении кулис экономнее расходуется посадочный материал и пахотнопригодная площадь, вследствие уменьшения числа кулис.