На сьогодні ефективне управління водними ресурсами є однією з ключових складових сталого сільського та лісового господарства та адаптації їх до зміни клімату. Воно зосереджене на запобіганні зневоднення угідь. У лісових угіддях лісові дороги є основним чинником інтенсивного поверхневого стоку. Уповільнити або зменшити швидкий стік води з лісу можливо за допомогою дренажних споруд, влаштованих на об’єктах лісових доріг.
Вчені з Університету Менделя в Брно та Чеського сільськогосподарського університету в Празі досліджували ці питання у своєму дослідницькому проєкті "Технічні рекомендації щодо управління водними ресурсами в межах лісової дорожньої мережі". Перші попередні результати вони опублікували в статті "Дренажні споруди на лісовій дорожній мережі та їхня функціональність", опублікованій в журналі "Звіти з лісових досліджень 2/2023".
Роль дренажних споруд
Будівництво дренажних споруд має на меті зменшити поверхневий стік, зосереджений переважно у кюветах лісових доріг, та забезпечити інфільтрацію води в ґрунт і гірські породи. Однак наразі невідомо, наскільки ефективними є такі фільтраційні споруди та чи економічно доцільно та ефективно проєктувати їх у великих масштабах по всій країні.
Будівництво лісових доріг може відігравати значну роль у зміні гідрологічної ролі водозбору та прискоренні ерозійних процесів. Попри невеликі площі під лісовими дорогами, вони мають великий вплив на обсяги стоку дощової води.
Високий рівень ущільнення лісових доріг призводить до їх низької здатності затримати воду та низької інфільтраційної/дренажної здатності. Тому під час сильних дощів поверхневий стік з лісових доріг перевищує швидкість інфільтрації дощової води.
Дренажні споруди призначені для уловлювання та інфільтрації поверхневого стоку в прилегле ґрунтове середовище та переведення такого стоку в внутрішньоґрунтовий. Вони також можуть виконувати протипаводкову функцію — зменшувати максимальні миттєві об'єми паводкової хвилі. Найчастіше йдеться про неглибокі водоймища, заповнені фільтруючим матеріалом (каміння, щебінь/гравій), зазвичай обваловані геотекстилем, щоб запобігти проникненню дрібних частинок ґрунту і закорковування фільтруючого матеріалу.
До дренажних споруд, що широко використовуються сьогодні в міському середовищі відносяться фільтраційні системи, відстійники, рослинні вали з біофільтрацією, піщані фільтри, басейни, смуги з рослинності чи резервуари для дощової води.
У зв'язку зі змінами клімату та проблемами посухи в різних частинах світу, випробування дренажних систем та інших споруд для управління дощовою водою викликають велику зацікавленість. З початку ХХІ ст. на перший план вийшли споруди для утримання води поза міським середовищем.
Використання дренажних систем – це творчий підхід до відновлення природного колообігу води в управлінні водними ресурсами.
Світлина, Jan Řezáč: Лісова дорога з поздовжнім (кювет) та поперечним (лоток) водовідведенням
Дренажні споруди, подібні до тих, що використовуються в міському середовищі, майже не застосовуються у світовій практиці лісового господарства.
У Чеській Республіці, як і в усьому світі, дренажні споруди на лісових дорогах впроваджуються окремо і спонтанно, без знання про їх довгостроковий вплив і загальну функцію.
Вимоги національного стандарту
Національний стандарт Чехії ČSN 73 6108 передбачає проєктування водовідвідних споруд на лісових дорогах. На практиці це такі дренажні споруди, як відстійники, водоймища, канави, кювети, вали, шахти-колодязі поряд з водопропускними трубами за межами постійних водотоків. Однак немає жодних опублікованих результатів чи досвіду щодо їх впровадження, експлуатації, ефективності чи обслуговування.
Інфільтраційні споруди в лісовому середовищі мають потенціал для пом'якшення основних негативних впливів лісових доріг на водний режим ландшафту. Зокрема, це зменшення поверхневого стоку (шляхом перетворення його на внутрішньоґрунтовий), зменшення прискореного стоку з лісових угідь (збільшенням затримання та утримання/накопичення води в ґрунті) та зменшення ризику ерозії (уловлюванням зливового стоку системою відстійників дренажних споруд).
Експериментальні дослідження дренажних споруд
Експериментальні дослідження дренажних споруд були проведені в період з 6 серпня по 13 грудня 2022 р. на окремих локаціях («сухій» та «вологій») лісової дорожньої інфраструктури на землях двох навчальних лісових підприємств – Костелець та Крштіна, що діють при університетах: Менделя в Брно та Чеського сільськогосподарського в Празі.
На кожній локації було споруджено дві дренажні споруди з рівномірним об'ємом утримання води. Одна зі споруд завжди розташована нижче – на виході водопропускної труби, вода з якої відводиться в цю споруду. Інша, контрольна споруда, знаходиться на відстані близько 30 м від неї, в тих же ґрунтово-рослинних умовах, на ділянці, яка не має зв'язку з водопропускною трубою і не має концентрованого стоку води. Дренажні споруди влаштовано завдовжки 3,5 м, завширшки 2,0 м (розміри дна), нахилом стінок споруди 2:1 та її глибиною 1,5 м. Об’єм кожного котловану без заповнення становив приблизно 18 куб.м і утримуючий об’єм дренажної споруди – приблизно 6,5 куб.м. Котловани були заповнені камінням/щебенем з передбаченою пористістю m = 35%. Кожна дренажна споруда має свердловину, закупорену зверху та обладнану приладом для безперервного вимірювання рівня води в споруді.
«Волога локація Костелець»
На обраній локації в лісових угіддях лісгоспу Костелець є два джерела, де ґрунтові води виходять на поверхню. Відповідно тут наявна висока насиченість ґрунту водою, що перевищує його водоутримувальну здатність, при цьому вода рухається самопливом, але не відводиться. Це призводить до переважання або періодичного виникнення аноксичних/анаеробних умов (умов дефіциту кисню) у місцевості, де застоюється вода.
Світлина, Jan Řezáč: волога локація в лісгоспі Костелець: перелив Томсона на виході з водопропускної труби; канава для відведення води з водопропускної труби до дренажної споруди; дренажна споруда (заповнена кар'єрним камінням, обладнана свердловиною, що закупорену зверху).
В цій локації лісгоспу Костелець максимальний рівень води в дренажній споруді А1, що розташована нижче водопропускної труби, досягав 49,5 см. Рівень води ніколи не опускався нижче нуля на приладі, що вказує на постійний рівень ґрунтових вод відносно близько до поверхні.
Рис. 1. Схема розташування дренажних споруд; А1 – дренажна споруда зі свердловиною, обладнана приладом для безперервного вимірювання рівня води, Q1 – вимірювання витрат води на виході з водопропускної споруди (перелив Томпсона)
Для «вологої локації» в лісгоспі Костелець результати показують, що дренажні об'єкти заповнювалися не поверхневим стоком, а підземним стоком у насиченому шарі ґрунту.
«Суха локація Крштіна»
Локація в лісових угіддях лісгоспу Крштіна характеризується низькою вологістю ґрунту протягом усього сезону й особливо під час вегетації.
Отримані в період дослідження дані підтвердили дуже незначний поверхневий стік та лише спорадичне відведення дощової води з водопропускних труб протягом періоду проведення вимірювань. Однак такий поверхневий стік з цього лісу був очікуваним.
В «сухій локації» в лісгоспі Крштіна формування поверхневого стоку й відведення його до дренажної споруди взагалі не відбувалося.
У висновку дослідники зазначають, що дренажні споруди на виході водопропускних труб в зазначених локаціях мали несподівано низьку ефективність для затримання та інфільтрації поверхневого стоку та підтримки гідрологічного режиму ландшафту.
Здебільшого це пов’язано з тим, що поверхневий стік за даних умов був мінімальним протягом досліджуваного періоду. Попри дощі вода потрапляла в дренажні споруди в незначній кількості. Підвищення рівня води у свердловинах у відповідь на опади досягало максимуму близько 20 см, навіть при інтенсивності опадів понад 10 мм/год.
Рівень води в водопропускних трубах перевищував висоту переливу на обох ділянках лише спорадично і на дуже короткі проміжки часу, а у дренажних спорудах показав лише відносно незначні коливання протягом періоду моніторингу на обох локаціях.
Цікавим результатом польових вимірювань є значна їх розбіжність з результатами, отриманими для визначення величини стоку на лісових ділянках за допомогою методики з використанням табличного коефіцієнта стоку.
Відповідно до згаданої методики, що широко використовується для визначення розмірів водопропускних труб під дорогами, стік води через водопропускну трубу повинен відбуватися дуже часто. Дренажні споруди, розташовані нижче водопропускних труб, повинні бути заповнені дощовою водою при кількості опадів 0,5 мм в «вологій локації» Костелець (площа водозбору понад 12 га) і 1,7 мм в «сухій локації» Крштіна (площа водозбору 4 га). При порівнянні з виміряними даними, дослідники зробили висновок, що вихідні табличні значення коефіцієнта стоку є значно завищеними.
Посилання на допис та статтю (чеська мова):
