Главная

Исследовательские группы

Научно-практический журнал
Хвойные бореальной зоны
(в перечне ВАК)

Введение

Лесосводка и лесоочистка являются той первичной основой, которая определяет весь последующий гидрологический и экологический режимы водохранилища. Вместе с тем, опыт строительства Братской, Усть-Илимской, Саяно-Шушенской и Богучанской ГЭС показал, что работы по лесосводке и лесоочистке проводятся крайне неудовлетворительно. В зоне затопления остаются сотни тысяч кубометров древесины, не говоря уже о тысячах тонн не древесной растительной органики, в том числе торфа. Так, например, на Братской ГЭС, объем не вывезенной древесины составил 20 млн.м3, а на Саяно-Шушенской ГЭС - 500 млн.м3. Гидростроители смирились с таким положением. Вместо того, чтобы искать решение этого вопроса в разработке новых технологий лесосводки и лесоочистки, потери от затопляемой древесины стали предусматривать ещё на стадии проектирования. Так, на Усть-Илимской ГЭС были предусмотрены потери в 1,6 млн. м3, на Богучанской - 88 млн. м3, на Средне-Енисейской до 113 тыс.м3.
До настоящего времени древесина от лесоочистки на вырубках и прилегающих территориях, доступная для вывозки, собирается в кучи и валы. В лучшем случае она частично сжигается (чаще только на 50 %), а в большинстве случаев остается под затопление.
Основные причины невыполнения намеченных в проектах объемов работ по лесосводке и лесоочистке следующие:

• применение технологий с низким уровнем механизации;
• большая трудоемкость и капиталоемкость технологических процессов, обусловленных спецификой лесосводки и лесоочистки (растянутость фронта работ, низкий запас древесины на га и т.п.);
• дефицит рабочих кадров;
• отсутствие эффективных технических решений для освоения древесины и очистки ложа на склонах более 20°;
• отсутствие технических решений по полному использованию отходов от лесосводки нетоварной древесины, лесоочистки растительной органики и порубочных остатков.

В связи с отмеченным можно сделать следующие выводы:

• вопросы лесосводки и лесоочистки должны быть приоритетны уже на стадии проектирования;
• из проектов необходимо исключить затраты на потенциальные потери древесины и предусмотреть финансирование работ с применением новейших технологий и создание малых предприятий по переработке древесины, в том числе, и неликвидной непосредственно на местах рубки.

Необходимость этого определяет громадные запасы неликвидной древесины и другой растительной органики. Например, выход деловой древесины из осины составляет лишь 28-32 % от объема стволовой. А с учетом вершинок, сучьев и ветвей её биомасса составляет уже 75-77 % от наземной части и является сырьем для переработки на кормовую массу. Вершины, тонкомер и обломки березы и лиственницы являются сырьем для производства древесного угля. Вершины, ветви, сучья и тонкомер сосны, ели и пихты измельчаются, сортируются и зелень идет на переработку и получение пихтового масла, хвойного экстракта, воска, хлорофиллокаротиновой пасты, хвойно-витаминной муки и т.д. Щепа до 20 % используется на топливо. В целом же запасы неликвидной растительной органики составляют 50-100 тонн на га и нужно найти технологии её утилизации, либо удаления из зоны водохранилища.
Термин же «лесоочистка» не отражает и не включает решения тех задач, которые обеспечивали бы устранения нежелательных экологических последствий на водохранилищах. В связи с этим необходимо включить в проект технологии, обеспечивающие полную очистку ложа водохранилища от всей растительной органики. Однако освоение этих ресурсов непосредственно на местах лесозаготовок путем создания малых производств и новых технологий переработки древесины на местах не планируется.
В связи с отмеченным, первоочередной задачей освоения ложа водохранилища является утилизация растительной органики на территории ложа путем её сжигания до минерального грунта по специальной технологии «контролируемого выжигания». В этом случае в водохранилище будет попадать только часть крупномерных отходов древесины в обугленном состоянии, что исключит их потопление и гниение. Эти остатки могу быть удалены с акватории тралением.
Контролируемые выжигания, управляемый огонь, предписанные выжигания, профилактический пал, целевой пал и другие. Все эти термины определяют методы и способы применения огня в природных ландшафтах при определенных состояниях окружающей среды, которые позволяют сдерживать распространение огня заданной интенсивности и скорости распространения в заранее намеченных границах для достижения конкретных целей (снижение пожарной опасности в лесу и на вырубках, содействие лесовосстановительному процессу, уничтожение нежелательной растительности, энтомологических и грибковых очагов и др.).
Методы «контролируемого выжигания» предусматривают удаление всей неликвидной органики без предварительной рубки и сбора остатков в валы и кучи (за исключением деревьев диаметром 14 см и более, которые необходимо вырубить). Исключение составляют торфяные болота, выжигание торфа на которых возможно только после проведения работ по их осушению.
Качество очистки при «контролируемом выжигании» будет зависеть от вида растительного покрова, его запаса, местоположения, размещения по территории, рельефа местности и обязательного соблюдения всех технологических процессов выжигания.

ЛЕСОПОЖАРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ЗОНЕ ЗАТОПЛЕНИЯ

Основной особенностью растительного покрова в ложе водохранилища связано с тем, что на участках, где 20 лет назад была проведена лесосводка и лесоочистка к настоящему времени уже сформировались молодые хвойные, лиственные и хвойно-лиственные насаждения. В зависимости от давности лесосводки их высота в настоящее время составляет от 3-5 до 10-12 м, запас древесины от 20-30 до 100-120 м3/га. Эти молодые насаждения находятся в фазе интенсивного роста, их высота ежегодно увеличивается на величину до 1 м. Древесина в этом возрасте не представляет какой-либо коммерческой или товарной ценности. Ко времени затопления ложа будущего водохранилища его залесенность будет близка к исходной, но с существенно меньшим и малоценным запасом древесины. Энергетикам придется решать задачи с отмершим лесом и всплывшей древесиной подобно тем, которые возникали после затопления залесенной территории на Братской и Усть-Илимской ГЭС. В целом лесосводка и вырубка, особенно за пределами территории, прилегающей к нижнему бьефу не была сплошной. При этом изымалась наиболее ценная, имеющая спрос у потребителя, деловая древесина. После такой лесосводки большая часть площади под водохранилище Богучанской ГЭС остается залесенной.
Кроме этого растительный покров сильно изменен под воздействием пожаров. Образовались гари и пустоши, как с полным, так и с частичным повреждением древостоя и покрыты в основном вейниками и лесным разнотравьем. Вместе с тем, часть сосновых и почти все елово-кедровые леса остались не тронутыми рубками. Все это очень сильно изменило лесопожарную характеристику лесных площадей от её природного состояния и первой очистки.
Очистка ложа водохранилища от растительной органики методами контролируемых выжиганий сплошным палом наиболее эффективна и экономична только при выжигании хвойных молодняков 1 и 2 классов возраста на вырубках всех типов леса. Насаждение не пройденные рубкой выжигать нецелесообразно, так как здесь выгорает только напочвенная органика и подрост хвойных пород, древостой же получает лишь повреждения стволов и останется на корню. Поэтому для качественной очистки ложа крайне необходимо провести полную лесосводку древостоев с диаметром от 14 см и более с последующим сжиганием оставшейся органики.
Ориентировочная характеристика по группам типов леса и соответствующая им цветовая гамма на космоснимках Landsat (съемка в августе 2001 года) приведена в таблице 1.
Для общей пирологической характеристики растительности в ложе водохранилища она достаточно приемлема с условием, что для выделения конкретных участков и их площади на местности необходима спектрозональная аэросъемка в М 1:10000.
Условия, определяющие горение лесных участков с разным растительным покровом.
Возникновение пожара на лесном участке начинается от загорания мелких мертвых растительных остатков, а также мхов и лишайников, так называемых основных проводников горения (ОПГ). Проводники горения при пожаре обеспечивают непрерывное распространение горения по территории. Очень важной характеристикой растительных горючих материалов (РГМ) является структура их слоя. От него зависит скорость высыхания и возможность горения, а также вид и скорость распространения пожара. Время высыхания от полной влагоемкости до влагосодержания, когда возможно распространения огня по слою (обычно < 20 %), колеблется от нескольких часов до нескольких недель. Это объясняется разной пористостью частиц горючего материала и плотностью его слоя.

Таблица 1 – Группы типов леса преобладающие в ложе водохранилища и их цвета на космоснимках Landsat

Для определения типов ОПГ по материалам лесоустройства и выделения их на местности разработана шкала распределения групп типов леса по видам ОПГ (табл. 2) (1). Она дает возможность лесоустроителям прямо на местности выделять типы ОПГ. Для оценки типов леса по времени возникновения пожаров и их продолжительности в течение сезона приведены в таблице 3 (2).

Из таблицы следует, что объекты выжиганий: хвойные молодняки, мертвые растительные и порубочные остатки на вырубках могут гореть в течение всего пожароопасного сезона. Это обстоятельство дает возможность проводить работы по выжиганиям в течение июня-августа месяцев, что значительно ускоряет очистку ложа водохранилища. Вырубки же в травяных типах леса, особенно подвержены интенсивному горению, только в весенний период, а иногда в осенний.

ПИРОЛОГИЧЕСКАЯ РАСЧЛЕНЕННОСТЬ ТЕРРИТОРИИ ПРЕГРАДАМИ РАСПРОСТРАНЕНИЮ ОГНЯ

При проведении выжиганий конкретных лесных участков их эффективность и экономичность зависит не только от метеорологических условий, но и от наличия различных преград, которые позволяют контролировать пожар на запланированной площади с минимальными затратами для создания минерализованных полос.
Преграды различного вида делятся на искусственные и естественные. К искусственным преградам относятся дорожная сеть, сельскохозяйственные угодья, а так же различные противопожарные барьеры, заслоны и минерализованные полосы. Естественная пирологическая расчлененность определяется видом ландшафта и включает гидрологическую сеть болота и заболоченные леса, скалы, каменные россыпи, песчаные  дюны, отмели и др. Это постоянные преграды.
Кроме пирологической расчлененности, постоянными преградами большое значение для сдерживания огня на определенной  площади, имеет временная пирологическая расчлененность, которая определяется наличием на границах выжигаемого участка растительного покрова, который ещё не достиг состояния готовности к горению (пожарной зрелости).
Пирологическая расчлененность носит сезонный характер. Весной, когда хвойные молодняки горят уже при 1 и 2 КПО и препятствием распространения огня могут служить окружающие их темнохвойные насаждения, которые горят при 3 и более высоком КПО.
Оценивать пирологическую расчлененность территории можно средним расстоянием между преградами (3). Постоянная пирологическая расчлененность при засухах не изменяется. Для ее оценки нужна карта территории, где планируются выжигания и на ней наносят все имеющиеся преграды. Через центр карты проводят две взаимно перпендикулярные линии и по каждой линии измеряют расстояние между преградами и среднеквадратичное отклонение, по которому можно судить о равномерности размещения преград на площади.
Для оценки степени расчлененности территории предложена следующая шкала (3):
1 – сильно расчлененная территория; R<0,5 км;
2 – значительно расчлененная; R=0,6-1,5 км;
3 – умеренно расчлененная; R=1,6-5,0 км;
4 – слабо расчлененная; R=5,1-15 км;
5 – практически не расчлененная; R>15 км.
При контролируемых выжиганиях расчлененность территории не должна быть больше R=0,6-1,5 км. При любой расчлененности территории очень трудно найти участки полностью изолированные от окружающих и их необходимо дополнять минерализованными полосами при подготовке конкретного участка к выжиганию. Это затратные мероприятия и их следует избегать путем тщательного обследования намеченного к выжиганию участка с точки зрения выявления природных сезонных преград.
Районирование ложа водохранилища по пирологической расчлененности территории проводится по приведенной выше пятибальной шкале (рис. 1).
Анализ карты-схемы показал, что наиболее расчлененная левобережная часть ложи водохранилища. Но наиболее значительная расчлененность выявлена в бассейнах крупных левобережных притоков реки Ангары.
Кроме этого все острова, на которых проведена лесосводка, относятся к первому классу расчлененности преградами, так как они надежно изолированы от других участков протоками реки,  песчаными отложениями и сельхозугодиями внутри островов.

ШКАЛЫ МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ ПОГОДЫ В РЕГИОНЕ И ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВЫЖИГАНИЙ

Динамика увлажнения и высыхания проводников горения полностью зависит от атмосферных осадков и ее можно прогнозировать по текущим метеоусловиям.
Оценка возможности горения участков по условиям погоды обязательно включает оценку уровня лесопожарной засухи (ЛПЗ) в виде ежедневного баланса погодных условий иссушающих и увлажняющих растительные горючие материалы (РГМ). Для практической оценки и прогнозирования погодных условий в системе авиационной охраны лесов используются классы пожарной опасности (КПО), с которыми связан режим работы лесопожарных служб. Классы пожарной опасности определяются с помощью шкал. Для каждой территории, в зависимости от хода погоды и видов растительного покрова, составляются так называемые местные шкалы пожарной опасности по условиям погоды. Интегрируемый показатель погодных условий, класс пожарной опасности (или степень засухи), рассчитанный для территории ложа водохранилища по метеорологическим показателям м/с Кежма приведен в таблице 4.
Из таблицы следует, что по условиям погоды период наиболее благоприятных условий для выжигания в течение июня-августа месяцев может продолжаться от 77 до 101 дня. В среднем можно ориентироваться на 80 дней. Этого вполне достаточно для выполнения выжигания на участках всех видов растительных горючих материалов, в том числе и крупномерных порубочных остатков как в светлохвойных, так и темнохвойных типах леса.

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВЫЖИГАНИЙ

Оптимальные условия выжигания хвойных молодняков и порубочных остатков на вырубках определяются фенофазой развития растительного покрова, классом пожарной опасности, ходом текущей погоды в день выжигания и временем суток. Оптимальные сроки выжигания по условиям погоды приведены в соответствии с классом пожарной опасности (ОПГ) приведены в таблице 5 (3).
Как показали исследования выжигание хвойных молодняков и порубочных остатков на вырубках в ложе затопления можно проводить в течение всего пожароопасного сезона согласно вышеприведенным рекомендациям с возможным отклонением от них на 15-20 % в зависимости от хода текущей погоды. Если по данным на следующий день после выжигания участка прогнозируется выпадение осадков более 5 мм, выжигание можно проводить одновременно на всей вырубке при минимальной ее площади 200 га. При прогнозе отсутствие осадков в течение последующих 3-5 дней после выжиганий или выпадение осадков менее 5 мм выжигание целесообразно проводить отдельными участками по 50-100 га, а окарауливание выхода горения за пределы участка следует начинать уже с 6-8 часов.

Рисунок 1 – Районирование ложа водохранилища по пирологической расчлененности территории

Таблица 4 – Динамика класса пожарной опасности (КПО) по месяцам (м/с Кежма за 2001-2005 гг.)

Таблица 5 – Оптимальные погодные условия для проведения контролируемых выжиганий

Период пожароопасного сезона	Класс (ПО) пожарной опасности	Температура воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость ветра, м/с	Время начала зажигания, час
III декада мая - I декада июня	III	15-18	< 60	< 2	18-19
II декада июня – I декада июля	III-IV	19-22	< 40	< 3	18-19
II-III декада июля – I декада августа	IV-V	20-24	< 30	< 4	16-18
II-III декада августа	V	18-20	< 30	< 5	14-16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время растительный покров в ложе водохранилища очень сильно изменен под воздействием рубок и пожаров. На месте вырубленных сосняков выросли сосновые и сосново-березовые древостои I и II классов возраста, редины оставшиеся после выборочных вырубок заменили березовые и осиновые древостои. После пожаров образовались гари как с полным, так и с частичным повреждением древостоев. Они покрыты в основном вейником и лесным разнотравьем. Темнохвойные же леса в поймах притоков Ангары остались почти не тронутыми.
Повышенная мозаичность растительного покрова, горение которого происходит при различных метеоусловиях, в купе с постоянными преградами антропогенного происхождения, существенно снижает объемы и соответственно стоимость создания участков ограничивающих выходы огня за намеченные границы.
Общую картину размещения лесных пожаров и не лесных участков различных категорий в ложе водохранилища можно оценить по сканерным изображениям спутника Landsat, сделанных в августе 2001 года, но для выбора и детальной пирологической                характеристики участков намечаемых к выжиганию необходима их выборочная аэрофотосъемка в масштабе М 1:10000.
В районе ложа водохранилища Богучанской ГЭС в июне-августе месяцах обычно стоит сухая и жаркая погода, которая способствует эффективному выжиганию древесных остатков почти во всех типах вырубок, тем более хвойных молодняков. Средняя продолжительность времени эффективного выжигания лесных участков по условиям погоды (III-IV класса засухи) колеблется за весенне-летний сезон от 70-100 дней. Эти благоприятные климатические условия с хорошо организованной системой подготовки лесных участков к выжиганиям и выбором правильной технологии их проведения дадут возможность в короткие сроки и с минимальными затратами очистить ложе водохранилища от растительной органики.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Валендик, Э.Н. Крупные лесные пожары / Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Софронов М.А. // Москва, Наука, 1979.- 200 с.
Валендик, Э.Н. Управляемый огонь на вырубках в темнохвойных лесах / Э. Н. Валендик, и др.  // Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 209 с.
Софронов, М.А. Пожарная опасность в природных условиях. / М.А. Софронов, А.В. Волокитина,       Т.М. Софронов // ИЛ СО РАН, СибГТУ (Красноярск); Ин-т химии Макса Планка (Германия), 2005 . – 330 с.
Указания по противопожарной профилактике в лесах и регламентации работы лесопожарных служб // Москва, ЦБНТИЭсторймаш, 1973. – 25 с.