Ошуркевич О.Є. Стокорегулювальний вплив лісів на водозборах малих річок Бескид : Попадинець И.М. Состояние, производительность и воссоздание буковых насаждений, на Западном Подолье

Краткое содержание

Сучасний стан вивчення стокорегулювального впливу лісів на водозборах річок

У розділі проаналізовано та узагальнено матеріали вітчизняних та закордонних досліджень, які вказують на значний гідрологічний вплив лісових насаджень та його зміну під дією як природних, так і антропогенних чинників. Зокрема, зниження відсотка лісистості водозборів призводить до формування високих витрат літніх паводків і весняних водопіль (Чубатий О. В., 1977, 1978, 1980, 1984; Олійник В.С., 1999, 2002, 2008; Кульчицький-Жигайло І.Є., 2002; Рахманов В. В., 1981), зменшення стоку в меженний період (Mrozek T., 1993; Kucharska K., 1995; Tyszka J., 1997, 1998, 2001; Матвеев П. Н., 1962; Михович А. И., 1986), пришвидшення ерозійних процесів (Поляков А.Ф., 2003; Олійник В. С., 1989; 2000, 2004); надмірні рубки погіршують водний режим, а лісорозведення і лісовідновлення його покращують (Ho beck J. W., 1993; Чубатый О. В., 1980; Поляков А. Ф., 2003; Олійник В.С., 2002; Кульчицький-Жигайло І. Є., 1989; Шпільчак М.Б., 2008; Hegg Ch., 2003, 2005; Chang M., 2006). Проте ці дослідження свідчать про неоднозначність, а інколи навіть суперечливість даних щодо кількісної оцінки впливу лісових насаджень на формування стоку, особливо у гірських умовах. Причиною таких розбіжностей є відмінності застосовуваних дослідницьких методик,  специфічність геологічних, кліматичних та лісорослинних умов водозбірної системи, а інколи навіть окремих її частин у випадку досліджень великих річкових басейнів (Идзон П. Ф., 1976, 1980, 1986; Молчанов А. А., 1960, 1961, 1966, 1968, 1978; Казанкин А. П., 1972, 1992;  Рахманов В.В., 1981, 1984).

Зроблено висновок, що для пізнання ролі лісу у формуванні стоку доцільно досліджувати водозбори різної площі з вичлененням частки лісового впливу на фоні орографічних, ґрунтово-геологічних та метеорологічних факторів. Формування стоку з річкових басейнів треба вивчати у контексті добігання води з малих часткових водозборів, використовуючи при цьому польові експрес-методи визначення витрати води з невеликих гірських потоків.

Програма, об’єкти та методика досліджень

Програмою досліджень передбачалось кількісно оцінити стокорегулювальну роль лісів Бескид, її зміни під впливом антропогенної діяльності. Об’єктом досліджень є гідрологічні функції лісів на водозборах малих річок Бескид.

Аналіз факторів, що впливають на формування стоку річок в Бескидах, виконано шляхом опрацювання літературних джерел та багаторічних даних гідрометслужби України про кількість опадів і величину запасів води у снігу. На основі картографічних матеріалів Львівського обласного управління лісового та мисливського господарства і матеріалів лісовпорядкування визначено загальні характеристики складу і віку деревостанів Бескид, стрімкість та експозицію схилів, на яких вони зростають.

Для дослідження приуроченості структурних одиниць лісогосподарських підприємств до водозборів на території Бескид виділено 128  водозборів річок і потоків різних порядків (площею від 5 до 74000 га). З крупномасштабних топографічних карт зроблені викопіровки досліджуваних територій і за картографічними матеріалами Львівського обласного управління лісового та мисливського господарства вивчено існуюче розташування лісів різних господарств на водозборах та приуроченість лісництв, кварталів та виділів на них.

Для вивчення лісотаксаційних характеристик лісів на досліджуваних водозборах та оцінки зарегульованості дощового стоку залежно від лісистості водозбору та його площі на території Бескид задіяно 12 водозборів річок, за стоком яких ведуться багаторічні спостереження на гідрологічних постах гідрометслужби України.

За допомогою бази даних повидільного таксаційного опису земельних ділянок лісового фонду та даних про відомче підпорядкування насаджень на водозборах цих річок, проведено аналіз розподілу лісовкритої площі водозборів за головною породою, віком, походженням та повнотою деревостанів, типом лісу й типом лісорослинних умов, стрімкістю та експозицією схилів.  

Оцінку інтенсивності збільшення водності проведено на основі розрахунку показника нерівномірності стоку паводку, що є відношенням максимальної миттєвої витрати води за добу до середньодобової витрати (Pierzgalski E., 1999), для гідрографів максимального стоку за кожний місяць вегетаційного періоду загального періоду спостережень у середовищі MS’Excel.  

Кондуктометричним методом (Pociask-Karteczka J., 2003) проведено  експериментальні вимірювання витрати води у малих гірських потоках. Встановлення характеру та тісноти зв’язку водності річок та їх приток різних порядків, виконано за допомогою кореляційного аналізу.

Морфометричні характеристики водозборів визначалися за допомогою топографічних карт апробованими методами. Для визначення типів ґрунтів на водозборах закладалися ґрунтові розрізи відповідно до рекомендацій Полупана Н.И. (1981). Таксаційні характеристики деревостанів визначено шляхом закладання пробних площ 50×50 м за стандартною методикою ОСТ 56-109-99.  

Для визначення впливу суцільнолісосічних рубок лісу на водно-фізичні властивості ґрунтів та перерозподіл стоку виконані експериментальні дослідження формування стоку методом штучного дощування площадок. Дощування здійснювалось за допомогою дощувальної установки, виготовленої на основі конструкцій Одеського гідрометеорологічного інституту (Бефани А. Н., 1966; Литовченко А. Ф., 1986) і УкрНДІЛГА (Поляков А. Ф., 2003) та модифікованої до потреб дослідження.

Дослідження формування зимового і літнього паводкового та весняного стоку водопілля проводились на основі характеристик кожного окремого паводка (водопілля). Для цього нами запропоновано коефіцієнт зарегульованості стоку паводку (К),  як відношення об’єму поверхневого стоку кожного окремого паводку (визначеного за розчленуванням гідрографу) до загального стоку паводку. З цією метою на основі даних про витрати води у створах 12-ти бескидських річок та даних про опади на їх території побудовано суміщені гідрографи стоку і опадів, а при вивченні зимових паводків -  суміщенні гідрографи стоку та запасів води у снігу.

Розчленування гідрографа за видами живлення виконано за допомогою програми “HYDRO”, розробленої на кафедрі екології НЛТУ України.

Для узагальнення фактичних та експериментальних даних обрано емпіричну (метричну) модель “опади-стік” для одного паводка (Wright K.A., 1990; Wheater H.S., 1993). Для цього на основі статистичного аналізу усіх зібраних даних побудовано логістичні математичні функції, що відображають формування стоку у висоководні періоди і дають змогу порахувати значення коефіцієнта К при заданих кліматичних та природно-лісівничих параметрах.

фактори формування стоку річок у  бескидах

У розділі на основі літературних джерел та даних гідрометслужби України проаналізовано фактори формування стоку на території Бескид, з яких визначальними є:  розчленований рельєф особливо з підняттям угору; велика кількість опадів ‑ 600 мм за рік на рівнинах і до 1600 мм  на вершинах гір; густа річкова мережа (до 1,7 км/км²), значний ухил русел, висока водність річок з добре вираженим паводковим режимом, швидкою течією; гірські ґрунти (переважно ‑ бурі лісові), що відзначаються щебенюватістю та високою інфільтраційною здатністю поверхні; ліси, переважно ялинові, букові та ялицеві, середньо- та низькоповнотні, молодняки та середньовікові; стрімкість схилів, серед яких переважають спадисті (51,3 %) та стрімкі (28,1 %); експозиція схилів (рівне співвідношення схилів північної та південної експозицій).

Особливості  лісового вкриття басейнів річок Бескид

У розділі проаналізовано приуроченість структурних одиниць лісогосподарських підприємств до водозборів різних порядків, оскільки за гідрографічним принципом господарювання у гірських умовах багатьма вченими водозбір розглядається  як природна господарська одиниця.

Встановлено, що площі існуючих лісництв часто не співпадають з територією водозборів, а вододіл одного водозбору на різних своїх ділянках може бути межею між держлісгоспами, лісництвами і лісовими кварталами. Зі збільшенням величини річкового басейну кількість користувачів зростає, особливо при площі водозбору понад 100 км². Це може бути основою для визначення розмірів водозборів при розроблені системи господарювання з врахуванням меж водозборів.

З метою оцінки лісівничих характеристик деревостанів на території  Бескид з усього масиву проаналізованих водозборів виділено 12 основних річкових басейнів:  р. Дністер ‑ с. Стрілки; р. Стрий – с. Матків;  р. Завадка – с. Риків;  р. Яблунька ‑ м. Турка; р. Рибник – с. Майдан; р. Опір – м. Сколе;   р. Славська – смт. Славське; р. Рожанка – с. Рожанка; р. Головчанка – с. Тухля; р. Орява – х. Святослав; р. Лужанка – с. Гошів; р. Сукіль – с. Тисів. На основі створеної бази даних, що містить інформацію про 52691 таксаційний виділ, для лісовкритої площі кожного водозбору проаналізовано лісотаксаційні характеристики деревостанів, стрімкості та експозиції схилів, тобто фактори, що суттєво  впливають на формування стоку.

У лісовкритій площі бескидських водозборів, в основному, представлені три деревні породи: бук лісовий (Fagus sylvatica L.), ялина європейська (Picea abies (L.) Karst) та ялиця біла (Abies alba Mill.). Незначний відсоток займають: дуб звичайний (Quercus robur L.), вільхи сіра і чорна (Alnus incana (L.) Moench, Alnus glutinosa (L.) Gaertn.), клен-явір (Acer pseudoplatanus L.). Частка інших порід у лісовкритій площі не перевищує одного відсотка. Загалом, породна структура лісів на досліджуваних водозборах є характерною для Бескид: переважають темношпилькові деревостани – 69,7 %, у тому числі ялина європейська 61,5 %, ялиця біла 8,2 %. Листяні ліси (25,3%) представлені головно буком. Простежується залежність до збільшення різноманітності породного складу деревостану на водозборі зі збільшенням його площі.

Лісорослинні умови на водозборах представлені майже виключно вологими сугрудами (С₃) та вологими грудами (D₃). Відповідно до лісорослинних умов на більшості водозборів переважають ялинові і букові типи лісу: буково-ялицеві смеречини і сусмеречини, чисті смеречини і сусмеречини, букові смеречини і сусмеречини, ялиново-ялицеві бучини і субучини, буково-ялинові яличини і суяличини, ялицеві бучини і субучини.

Аналіз віку деревостанів на досліджуваних територіях показав, що у сучасній лісовкритій площі водозборів переважають насадження віком від 41 до 60 років, які характеризуються максимальною інтерцепцією та евапотранспірацією. Лише на водозборах р. Рожанка – с. Рожанка та р. Яблунька – м. Турка переважають молоді (віком менше 40 років) насадження. Повнота насаджень коливається у межах 0,51 - 0,80.

Як правило, високолісисті водозбори із переважанням стрімких схилів вкриті високоповнотними стиглими та пристигаючими буковими насадженнями. Низькоповнотних молодих (менше 40 років) деревостанів ялини європейської найбільше на малолісистих річкових басейнах з пологими і спадистими схилами.

У цілому структура лісів на досліджуваних басейнах подібна, що дозволяє робити аналіз річкового стоку з водозборів на основі їх лісистості. Крім того, знаючи значний вплив на формування стоку стрімкості та експозиції схилів, ми врахували їх у подальших дослідженнях.

Формування річкового стоку з водозборів різної площі та лісистості

У розділі викладено вплив лісистості водозборів та їх площі на процеси формування стоку. Зокрема досліджувалась швидкість збільшення витрати води у створі після початку дощу, яка залежить від інтенсивності опадів, їх кількості та стокорегулювальних можливостей підстилаючої поверхні. Для цього у роботі розраховано коефіцієнт нерівномірності стоку паводку. Більше значення коефіцієнта свідчить про меншу зарегулюваність стоку.

Залежність коефіцієнта нерівномірності стоку паводку від лісистості водозбору при різній величині стокоформувальних опадів зображена на рис. 1. Простежується тенденція до зменшення значень коефіцієнта нерівномірності стоку паводку зі збільшенням  відсотка  залісненості  водозбору.