II. Специальная часть. 2.1. Состояние вопроса В зимнее время для обеспечения бесперебойного и четкого движения поездов железные дороги должны быть надежно защищены от снежных заносов. Основным средством защиты являются лесные полосы, которые уже сейчас ограждают от снежной стихии более половины всех заносимых участков пути. Методы выращивания и формирования снегосборных лесных посадок для ограждения железнодорожной колеи отличаются от методов, принятых в лесном хозяйстве и при полезащитном лесоразведении. Для обеспечения постоянной снегозащитной насаждений, ограждающих железнодорожную колею, необходимы специальные мероприятия по уходу за ними и их эксплуатации. [1] 2.1.1. История защитного лесоразведения в России При Иване Грозном в Москве считалось добрым делом озеленять городские улицы и разводить приусадебные сады. При Петре I по “проспектам” новой столицы (Санкт - Петербурга), в Гатчине, Павловске, Петергофе создавались аллеи и искусственные леса. В столицу завозились благородные породы - кедр, каштан, дуб, липа. Петр I требовал “чтоб всякий обыватель при доме своем имел рощицу, а на улице перед окнами деревья служили украшением”. В 1719 г. в Петербурге учреждается “садовая контора”, в обязанности которой входило приобретение и распространение семян и саженцев для парков и других целей. К активным зачинателям защитного лесоразведения в России по праву относятся отец и сын Шатиловы. За 70 лет (1821 - 1891 г.г.) в своем имении Нохове Тульской губернии они вырастили свыше 400 га лесных насаждений. От создания парков и массивов постепенно перешли к посадке леса вначале на неудобных для сельского хозяйства землях (овраги, балки, обочины дорог), а затем и на полях. Началом планомерного решения вопросов степного защитного лесоразведения, видимо, можно считать середину прошлого века (1843 г.), т.е. со времени учреждения Велико - Аназольского и Бердянского лесничеств. Качественно новый этап в теории и практике защитного лесоразведения (мы его называли докучаевским) начинается с конца прошлого столетия, когда по распоряжению Министра государственных имуществ М.Н. Островского 22 мая 1892 г. была образована Особая экспедиция под руководством В.В. Докучаева. Главным итогом деятельности В.В. Докучаева и других членов Особой экспедиции стало создание в жестких климатических условиях Каменной степи рукотворных уникальных агролесоландшафтов. Новый этап защитного лесоразведения начался сразу после окончания Отечественной войны с выхода постановления Совета Министров СССР и ЦК ВКП(б) от 20 октября 1948 г. “О плане полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах европейской части СССР.” По всей стране развернулись небывалая по размаху широкомасштабная работа по защитному лесоразведению, строительству прудов и водоемов, созданию защитных лесов вдоль автомобильных и железных дорог, полезащитных полос и т.д. Таким образом, в течение двух столетий (со времени создания Лесного департамента) ведутся работы по улучшению качественного состояния уже созданных полос, а также проектирование новых. 2.1.2. Условия роста и развития лесных снегозащитных насаждений Лесные полосы задерживают весь приносимый метелями к железнодорожному полотну снег, поэтому к концу зимы в насаждениях скапливаются огромные снежные валы объемом до 300 - 500, а иногда и до 1200 м на 1м длины посадок. Такое большое скопление снега оказывает существенное влияние на развитие и состояние насаждений. Снежный покров предохраняет растения от низких зимних температур и их резкого колебания , а также от излишнего зимнего испарения. Под снегом почва меньше промерзает, лучше увлажняется весной при таянии, а это способствует росту и развитию растений. При навале снега толстым слоем деревья могут подвергаться деформации и поломкам. Разрушающее действие снежного покрова очень сильно проявляется в снегозащитных лесных полосах, если в них своевременно не проводятся мероприятия, обеспечивающие более равномерное отложение снежных наносов по всей ширине насаждения [2]. 2.1.3. Влияние полос на различные факторы среды 2.1.3.1. Влияние полос на снегораспределение Системы лесных полос всех конструкций в целом оказывают положительное влияние на снегораспределение, так как в открытой местности снег сдувается в микропонижения и гидрографическую сеть, перемещаясь на расстояние до 2-3 км от места выпадения. При системе лесных полос большая часть снега остается в границах за насаждениями и в лесных полосах; 1м лесной полосы задерживает дополнительно к объему снега до 100 м и более, что имеет большое значение для защиты сельскохозяйственных культур на полях и увлажнения почвы на межполосных участках. Лесные полосы разных конструкций оказывают разное влияние на снегораспределение. Наиболее эффективны ажурно - продуваемые полосы, которые в отличие от полос других конструкций меньше задерживают снега внутри полосы и более равномерно распределяют его на межполосных участках. Даже в районах с сильными метелями и большими снегопадами (Заволжье, Западная Сибирь, Северный Казахстан) высота в этих полосах обычно не превышает 1-1,2 м. Длина снежного шлейфа на заветренной стороне достигает 12-15 Н. В непродуваемых лесных полосах образуются сугробы высотой до 3-4 м и более с короткими шлейфами в сторону поля (не более 5-6 Н). За шлейфами здесь возникают бесснежные или малоснежные зоны выдувания. Снегозадерживающее влияние непродуваемых лесных полос может быть использовано для тех видов насаждений, которые предназначены для защиты определенных объектов от снежных заносов [13]. 2.1.3.2. Влияние лесных полос на промерзание и оттаивание почвы Увеличение мощности снежного покрова и ослабление скорости холодных ветров в системе лесных полос способствует промерзанию почвы. В различных условиях в разные годы глубина промерзания почвы в межполосных пространствах и в открытом поле неодинакова. Это зависит от целого ряда факторов: мощности снежного покрова, продолжительности действия холодных ветров, экспозиции склонов, густоты размещения лесных полос и др. в условиях Среднерусской возвышенности на безлесных участках при мощности снегового покрова 30см глубина промерзания почвы колеблется от 80 до 150см, а на разном расстоянии от полос, где мощность снега изменялась от 25 до 130 см - от 135 до 10 см [14]. В лесных полосах почва не промерзает или промерзает на небольшую глубину, что обеспечивает интенсивное поглощение стока в период снеготаяния. При благоприятном сочетании погодных условий и мощном снеговом покрове полное размерзание почвы на межполосных участках наступает раньше, чем закончится снеготаяние. Обычно оттаивание почвы начинается снизу, но после появления проталин быстро размерзает верхний горизонт, способный поглощать талые воды. Продолжительность снеготаяния на межполосных участках на 7-10 дней больше, чем на открытой местности. Это положительно сказывается на поглощении талой воды [18]. 2.1.4. Конструкции лесных полос Лесные полосы по-разному влияют на микроклимат. Это, прежде всего зависит от конструкции лесных полос, т.е. строения продольного профиля лесной полосы в облиствленном состоянии, определяющем ее аэродинамические свойства. Продольным профилем лесной полосы называют фронтальный вид вдоль лесной полосы. По конструкции полосы бывают плотные, ажурные, продуваемые и ажурно - продуваемые [14]. 2.1.4. Непродуваемая (плотная) конструкция Не имеет просветов по всему продольному профилю. Они, как правило, состоят из главной, сопутствующей и кустарниковых пород [4]. Насаждение многоярусное, но может быть и простым. Основная масса потоков ветра и снега обтекает полосу сверху, через нее проходит не более 10 % снега и ветрового потока [7]. 2.1.4.2. Ажурная конструкция Имеет равномерно расположенные просветы площадью 15-30 % по всему продольному профилю [4]. Ширина таких полос 15-20 м; насаждения сложные. Основная часть потока снега и воздуха проходит через такую ажурную схему, а остальная обтекает ее сверху [7]. 2.1.4.3. Продуваемая конструкция Полосы в нижней части продольного профиля имеют просветы между стволами и площадью более 60 % и при отсутствии их в верхней части полосы, т.е. в области крон [4]. Площадь просветов между стволами более 60 % в кронах - 15 %. Ширина таких лесных полос 15-20 м; насаждение двухярусное, без подлеска или с низким кустарником. Основная часть потока воздуха проходит через нижнюю часть такой полосы, а остальная обтекает ее сверху [7]. 2.1.4.3. Ажурно - продуваемая конструкция Имеют просветы площадью 60 % в нижней части продольного профиля и площадью 15-30 % равномерно расположенные в верхней части крон [4]. 2.1.5. Степень снегозаносимости На железнодорожном транспорте к снегозаносимым участкам пути относят: выемки глубиной до 8,5 м, а в районах сильной степени снегозаносимости - любой глубины; нулевые места; насыпи высотой до 0,7 м в равнинных условиях и до 1м на косогорах и сильнозаносимых участках; стационарные территории. Другие категории путей считаются неснегозаносимыми. Степень снегозаносимости характеризуется объемом снега, приносимого в максимально снежную и метелевую зиму на 1 м данного участка пути. В соответствии с действующей классификацией участки железных дорог по степени снегозаносимости разделяют на четыре группы: слабоснегозаносимые, с количеством приносимого снега до 100 м/м пути, среднеснегозаносимые - 101-250 м/м , сильноснегозаносимые - 251-400 м/м, особо сильноснегозаносимые - 401 м/м и более. Категории заносимости путей определяют очередность проведения работ по снегозащите. Так, на наиболее подверженных заносу снегом путях, расположенных в выемке глубиной до 8,5 м, работы по снегозащите проводят в первую очередь. Во вторую очередь работы проводятся на участках железных дорог с нулевыми местами, в третью - вдоль насыпей. Степень снегозаносимости определяет ширину и конструкцию лесных полос [5]. 2.1.6. Плотность и осадка снежных наносов в посадках Формирование снежного вала в лесных посадках происходит в разную погоду. Снег, то свободно падает, то приносится ветром с большой силой, то подвергается воздействию морозов и прямых лучей солнца, то видоизменяется при оттепелях и т.д. Все это обуславливает слоистое строение снежного вала. Внешне слои либо резко отличаются один от другого (например, по цвету, структуре, плотности), либо переход между ними постепенный, почти незаметный. Плотность снега является одним из важнейших показателей, характеризующих физико-механические свойства снегового покрова. В течение зимы снег постепенно уплотняется и к весне показатели плотности достигают наибольшей величины по всей толщине снежного покрова [2]. Различие в плотности отдельных слоев снежного вала при таянии снега постепенно сглаживаются. По внешнему виду снег из мелкозернистого превращается в крупнозернистый и приобретает более рыхлое сложение, хотя плотность его увеличивается. Сильнее уплотняются слои с меньшей плотностью. Повышение плотности происходит в основном вследствие осадки и насыщения снега водой при таянии с поверхности [13]. 2.1.6.1. Поломка посадок при навале снега, задержанного посадками Причиной, вызывающей снеголом в насаждениях является осадка снега. Занесенные в снежном сугробе части растений при его осадке принимают на себя всю тяжесть вышележащих слоев снега, изгибаются, а иногда ломаются. При этом размеры и характер повреждений зависит от величины осадки снега. Сильная осадка вызывает большие повреждения насаждения, при незначительной осадке - поломок не наблюдается. Величина осадки снега зависит от высоты снежного покрова и от его плотности, изменяющихся по профилю снежного вала. Поэтому повреждаемость растений снеголомом также зависит от того, в какой части вала находятся осадки. Наиболее сильные повреждения происходят на подветренном склоне и у гребня, т.е. там, где вал достигает наибольшей высоты, где плотность снега наименьшая, а следовательно осадка более сильная [14]