МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
КАЗАХСКОЙ ССР

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ЗИМНЕМУ СОДЕРЖАНИЮ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
В КАЗАХСТАНЕ

Алма-Ата

1973

УТВЕРЖДЕНО

решением Технического совета

Министерства автомобильных

дорог Казахской ССР, протокол

№ 29 от 17 августа 1973 г.

Методические рекомендации по зимнему содержанию автомобильных дорог в Казахстане являются пособием для практической деятельности инженерно-технических работников, занимающихся непосредственно эксплуатацией автомобильных дорог.

В рекомендациях освещен опыт зимнего содержания автомобильных дорог в условиях Казахстана, приводятся районирование территории республики и методика определения объемов снегоотложений, содержатся необходимые указания по борьбе со снегом и льдом на автомобильных дорогах, дается оценка эффективности различных снегозащитных мероприятий.

Введение, разделы 1, 2 и 20 написаны Л.Б. Гончаровым, разделы 16 и 17 - О.Г. Витковским, раздел 23 - Ю.В. Байбаком, разделы 3, 19 и 24 написаны совместно Л.Б. Гончаровым и А.А. Кунгурцевым, разделы 12, 18 и 25 - О.Г. Витковским и А.А. Кунгурцевым, остальные разделы написаны А.А. Кунгурцевым.

Методические рекомендации подготовлены под редакцией и руководством Л.Б. Гончарова.

ВВЕДЕНИЕ

В исключительно короткие сроки в Казахстане была сформирована сеть автомобильных дорог, из общего протяжения которых 44 % имеют твердое покрытие. По оценке ЦСУ СССР в нашей республике самые высокие темпы прироста дорог с твердым покрытием. Однако эффективность использования автомобильных дорог во многом определяется возможностью безопасного и бесперебойного проезда в любое время года, поэтому эксплуатация автомобильных дорог является основной деятельностью Министерства автомобильных дорог Казахской ССР. К сожалению, в зимний период пока не на всех дорогах гарантирован устойчивый проезд с бесперебойным движением и с соответствующими скоростями. Причин этому несколько.

Территория Казахстана расположена в лесостепной, степной, полупустынной и пустынной зонах с резко континентальным климатом. В северной половине Казахстана высота снежного покрова достигает 50 см, а в Восточно-Казахстанской, Семипалатинской и Талды-Курганской областях даже 90 см. Скорости ветров в зимний период достигают 24 и даже 34 м/сек. Все это приводит к большим объемам приносимого к дорогам снега. По данным А.А. Кунгурцева (1962 г.) в степной зоне Северного Казахстана к дорогам приносит от 300 до 600 м³/м снега, а на некоторых участках даже до 800 - 1200 м³/м. Эти данные подтверждаются В.М. Михель и А.В. Рудневой (1967 г.), которые указывают для северной половины Казахстана объемы приносимого к дорогам снега даже в пределах от 400 до 1500 м³/м.

Необходимо отметить, что по величине объемов приносимого к дороге снега северная половина Казахстана находится на втором месте после Арктики.

В южной половине Казахстана высота снежного покрова не превышает 20 см. Скорости ветров в зимний период также меньше по сравнению с северной половиной. В связи с этим здесь и объемы приносимого к дорогам снега не превышают 150 м³/м. Число же дней с оттепелями и зимними дождями в южной половине много больше, чем в северной. Если в северной половине число таких дней не превышает 10, то в южной половине оно достигает 35, а в Чимкентской и Мангышлакской областях даже 50 дней. Все это, конечно, требует весьма серьезных и больших по объему работ по уборке выпадающего снега и по защите дорог от переносимого снега, а также по борьбе с обледенениями проезжей части дорог.

Определенное значение имеет и то обстоятельство, что борьба со снегом и льдом на автомобильных дорогах началась в более позднее время по сравнению с началом проведения этих мероприятий на железных дорогах. Уместно напомнить, что хотя на железных дорогах уже давно сложились и освоены методы борьбы со снегом, но и здесь еще и сейчас имеют место случаи, когда из-за снежных заносов происходят перебои в движении поездов.

Определенную роль играет и быстрый рост сети автомобильных дорог.

Необходимо признать, что в отдельных случаях существенную роль играет низкий уровень организации работ по снегоборьбе и недостаточное внимание к этому вопросу со стороны дорожно-эксплуатационных хозяйств.

Наконец, имеет значение и то обстоятельство, что в составе проектов в качестве снегозадерживающих устройств долговременного действия предусматриваются пока одни придорожные снегозащитные лесонасаждения. Но Восточно-Казахстанская, Семипалатинская и Талды-Курганская области имеют много участков, где нельзя сажать деревья и кустарники, и они остаются без долговременной снегозащиты. Во многих других областях имеются засоленные почвы, не пригодные для выращивания деревьев и кустарников. Это требует дифференцированного подхода к проектированию снегозащитных устройств, более тщательного учета природно-климатических и грунтово-геологических условий и применения других видов снегозащитных устройств - заборов и комплексного метода задержания снега на полях и у дорог.

Необходимость применения не только придорожных снегозащитных лесонасаждений, но и комплексного метода задержания снега на полях и у дорог, а также строительство заборов вызывается и ограничениями по отводу земель для этих сооружений.

Все перечисленные обстоятельства приводят к тому, что перерывы в движении на автомобильных дорогах Казахстана из-за снежных заносов имеют место пока каждую зиму и иногда на довольно большие сроки. Эти перерывы в движении приносят государству значительные убытки и поэтому должны быть устранены как можно быстрее.

По ориентировочным подсчетам убытки за зимние периоды по Восточно-Казахстанской области за последние 12 лет составили 130 миллионов рублей. Из них 65 миллионов за зимние периоды 1960 - 1968 годов и 65 миллионов за зимние периоды 1968 - 1972 годов. Причем за последние периоды эти убытки по годам были такими:

1968 - 1969 гг.          - 20 миллионов руб.

1969 - 1970  »           - 10        »            »

1970 - 1971  »           - 15        »            »

1971 - 1972  »           - 20        »            »

Рост убытков за последние 4 периода произошел как вследствие наличия более тяжелых зим по метеорологическим условиям, так и в связи с ростом интенсивности движения по дорогам.

В других областях Казахской ССР имеют место такие же явления как в отношении применяемых снегозащитных мероприятий, так и в отношении проезжаемости в зимний период по дорогам, а отсюда и в отношении общегосударственных убытков. Следовательно, вопрос этот является общим для всего Казахстана - зима 1971 - 1972 гг. убедительно это подтвердила.

В связи с большим количеством выпадающего снега, наличием сильных ветров и, в результате этого, большими объемами приносимого к дорогам снега стоимость снегозащитных мероприятий в условиях Казахстана весьма значительна и может достигать нескольких десятков тысяч рублей на один километр. Поэтому здесь уместно привести выдержку из речи тов. Л.И. Брежнева на XV съезде профсоюзов о том, что необходимо «добиваться всесторонней обоснованности и эффективности хозяйственных решений, на каком бы уровне они ни принимались. Осуществлять поставленные задачи экономно, с наименьшими издержками и наибольшей отдачей для общества, решительно бороться с ведомственной узостью и проявлениями местничества».

Добавим, что XXIV съезд КПСС ориентировал на эффективность производства; увеличение производительности труда; экономию финансовых, материальных и трудовых затрат; быстрейший ввод в действие возводимых сооружений.

Настоящая книга является попыткой вооружить инженерно-технических работников ДЭУ и ДЭСУ необходимыми для них знаниями по зимнему содержанию дорог и помочь им в выборе наиболее современных и экономически обоснованных методов борьбы со снегом и льдом на обслуживаемых ими автомобильных дорогах.

1. ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМОБИЛЬНЫМ ДОРОГАМ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Каждая дорога, находящаяся в ведении ДЭУ или ДЭСУ, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым СНиП II-Д.5-72 и другими техническими документами. По каждой дороге движение автомобильного транспорта должно быть:

круглогодичным;

бесперебойным;

безопасным;

со скоростями, соответствующими технической категории дороги;

с нагрузками, предусмотренными для данного типа дорожной одежды.

Эти требования должны выполняться и в зимний период.

Установим качественные и количественные значения этих требований.

Требование «круглогодичность» предусматривает движение автомобильного транспорта в любое время года, в том числе и в зимний период. И в любое время этого периода: в снегопад, метель, оттепель.

Требование «бесперебойное» подразумевает движение автомобильного транспорта без всяких перебоев и задержек в любой месяц, день, час и даже минуту, т.е. дорога должна пропускать движение автомобильного транспорта непрерывно.

В отношении требования к нагрузкам на дорожную одежду в зимний период, в связи с замерзанием грунта, создаются весьма благоприятные условия. Поэтому данное требование не вызывает сомнений в его выполнении.

Расчетная скорость движения автомобилей для каждой категории дороги и рельефа местности регламентируется СНиП II-Д.5-72. Однако в процессе эксплуатации дороги в связи с появлением на проезжей части деформаций, наличия грязи, отложений снега и т.д. разрешается допускать снижение этой скорости, но до определенного предела. Пределы такого снижения для разных категорий дорог приведены в таблице № 1.

Таблица 1

Коэффициент снижения скорости К_с определяют из соотношения

где V_ф - фактическая возможная скорость движения легкового автомобиля по данному участку дороги, км/час;

V_р - расчетная скорость движения легкового автомобиля для данного участка дороги, км/час.

Фактическая возможная скорость движения по данному участку дороги в простейшем случае может быть определена по спидометру при движении на легковом автомобиле, который может развивать расчетную скорость.

Расчетная скорость движения для данной категории дороги и условий рельефа определяется СНиП II-Д.5-72.

Однако при этом необходимо учитывать то, что в СНиП приведены расчетные скорости движения, установленные по условиям безопасности движения одиночных легковых автомобилей при нормальных условиях сцепления колес автомобилей с покрытием проезжей части. Такими нормальными условиями сцепления колес с дорогой, не вызывающими опасного движения автомобилей, считается коэффициент сцепления φ не меньше 0,4.

Необходимо помнить еще одно обстоятельство. Как расчетная, так и допустимая в процессе эксплуатации скорости должны быть обеспечены и при встрече двух автомобилей, идущих с такими скоростями. Чтобы при этом сохранить безопасность движения, СНиП II-Д.5-72 предусмотрены определенные ширины проезжей части и обочин. И чем выше расчетная скорость (см. табл. 4 СНиП II-Д.5-72), тем шире устраивается обочина. И эти обочины всегда должны быть свободны от всяких предметов, не допускающих съезд на обочину автомобилей. Если съезд автомобилей на обочину невозможен, то, как известно, обязательно ставится знак «сужение дороги». И этот знак показывает, что по данному участку движение может происходить только со сниженными скоростями. Отсюда вытекает, что в зимний период, для обеспечения требуемых скоростей движения, обочины должны быть или чистыми от снега, или иметь слой снега допустимой толщины (см. ниже). Ясно, что на обочинах никаких снежных валов не должно быть. Если на обочинах будет слой снега больше определенной толщины или на ней будут находиться даже снежные валы, то такой участок уже не может обеспечить требуемую скорость движения автомобиля, и он должен быть огражден предупреждающими знаками «сужение дороги».

Если коэффициент сцепления колеса с поверхностью проезжей части в зимний период окажется меньше 0,4, то такой участок также не может обеспечить требуемую скорость движения автомобиля, и он должен быть огражден предупреждающими знаками «скользкая дорога».

В заключение необходимо особо подчеркнуть, что если ДЭУ и ДЭСУ будут выполнять все те работы и приемы, которые изложены ниже, то все приведенные выше требования автомобильного транспорта в отношении круглогодичности, бесперебойности и безопасности движения с требуемыми скоростями и нагрузками безусловно будут выполнены.

2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ

Зимним периодом в условиях Казахской ССР является период с температурами ниже 0°. Продолжительность такого периода на территории Казахстана находится в пределах 60 - 188 дней. Начало периода со среднесуточными температурами воздуха ниже 0° находится в пределах от 14 октября до 20 декабря, конец - в пределах от 6 марта до 19 апреля. Средняя температура января на территории Казахстана в пределах -3,6° -26,9°, абсолютная минимальная -26° -55°.

Число дней со снежным покровом на территории Казахстана находится в пределах 18 - 172.

Средняя из наибольших декадных высота снежного покрова находится в пределах 4 - 89 см.

Число дней с оттепелями и зимними дождями находится в пределах от 0 до 50.

Основными факторами, определяющими особенности зимнего содержания дорог, являются: температуры, наличие и мощность снежного покрова, а также его плотность и прочность, наличие и степень проявления оттепелей и зимних дождей.

Как указано выше, наличие в зимний период отрицательных температур создает благоприятные условия в отношении выполнения требований к нагрузкам на дорожную одежду, для выполнения же требований в отношении скоростей и безопасности движения наличие отрицательных температур создает необходимость принятия соответствующих и серьезных мер. Вызывается это тем обстоятельством, что отрицательные температуры, если не будут приняты необходимые меры, создают условия, повышающие скользкость проезжей части, а это, в свою очередь, вызывает снижение коэффициента сцепления φ ниже допустимого, т.е. ниже 0,4.

Повышение скользкости проезжей части дороги при отрицательных температурах вызывается наличием на ней корки льда или прикатанного транспортом слоя снега со скользкой, обледеневшей поверхностью.

Появление на проезжей части дороги корки льда или прикатанного, скользкого обледеневшего слоя снега вызывается: мокрым или влажным снегом; оттепелями; зимними дождями; сухим снегом, выпавшим на мокрую поверхность; наличием слоя сухого снега с образовавшейся на нем, в результате движения транспорта, тонкой, обледеневшей коркой; подтаиванием поверхности слоя снега днем и замерзанием ее ночью; осаждением атмосферной влаги (сублимация водяного пара на покрытии или осаждение мелких водяных капель, образующих туман) на охлажденное покрытие.

Все эти виды обледенений поверхности проезжей части вызывают снижение коэффициента сцепления φ до величины 0,25 - 0,15, а иногда даже и до 0,07, т.е. много меньше против допустимого.

Обледенения поверхности проезжей части дорог происходят на всей территории Казахстана и в течение всего периода с отрицательными температурами, т.е. поздней осенью, зимой и ранней весной. И обледенение могут вызвать любые отрицательные температуры от -1° до -50° и ниже.

Наличие на проезжей части дорог снега создает двоякие условия: рыхлый слой снега препятствует движению автомобилей в связи с увеличением сопротивления качению f; плотный слой снега наоборот позволяет создать ровную поверхность, способствующую уменьшению сопротивления качению, особенно на грунтовых дорогах. Но поверхность плотного слоя снега, как уже указано, превращается в обледеневшую корку и сильно снижает коэффициент сцепления. Поэтому на проезжей части дороги, имеющей дорожные одежды, и особенно с покрытиями, позволяющими счищать выпавший снег полностью без нарушения их целостности, такую уборку снега следует делать обязательно.

Необходимо также помнить, что и уборка снега наиболее эффективна и экономична тогда, когда снег имеет наименьшую плотность и прочность.

Приведем количественные значения сопротивления качению и сопротивлений вырезанию и перемещению снега при его уборке.

Плотность снегового покрова (весовая) представляет собой отношение веса снега к его объему и измеряется в граммах на кубический сантиметр (г/см³).

Плотность слоя свежевыпавшего снега, в зависимости от формы выпадающих снежинок, замерена (А. Шепелевский, 1939 г.):

рыхлый свежевыпавший                            - 0,06 - 0,08

    «       свежий хлопьями                           - 0,04 - 0,07

    «              «     средними снежинками     - 0,08 - 0,12

    «              «     крупинками                       - 0,13

    «              «     мелкими крупинками       - 0,08 - 0,16

Плотность слоя свежевыпавшего снега, в зависимости от силы ветра при его выпадении, замерена (Г.Д. Рихтер, 1945 г.):

в тихую погоду                                            - 0,04 - 0,07

при легком ветре                                         - 0,04 - 0,18

при среднем ветре                                       - 0,12 - 0,18

при сильном ветре                                       - 0,15 - 0,28

Плотность снегового покрова с течением времени под влиянием собственного веса, давления вновь образующихся слоев: и уплотняющего действия ветра постепенно увеличивается и к концу зимы достигает в среднем 0,30.

Прочность (твердость) снежного покрова представляет собой его несущую способность, измеренную килограммами на квадратный сантиметр (кГ/см²).

С физической точки зрения прочность снегового покрова зависит от его плотности, характера межкристаллического сцепления и температуры.

Зависимость прочности ненарушенного снегового покрова от его плотности при температуре снега ниже -3° показана в таблице 2.

Таблица 2

Прочность снегового покрова, подвергнутого искусственному перемешиванию или уплотнению, во много раз превосходит прочность ненарушенного снегового покрова, имеющего такую же плотность. Наибольшую прочность дает совместное применение перемешивания и уплотнения.

При температуре, близкой к нулю, эту высокую прочность обработанный снеговой покров приобретает сразу же после его обработки, при более низкой температуре повышение прочности обработанного снегового покрова происходит с течением времени.

Увеличение прочности уплотненного гладилками снегового покрова на глубину 15 см при температуре - 10 °С приведено в таблице 3.

Таблица 3

При одном перемешивании снега, без последующего уплотнения, плотность и прочность отработанного снега также возрастают. Слой снега, имеющий плотность 0,18 и прочность 0,33 кГ/см², был подвергнут перемешиванию при температуре - 12 °С. После 24 часов плотность перемешанного снега увеличилась до 0,32, а прочность - до 1,32 кГ/см² (И.В. Крагельский, 1942 г.).

Особенно большое возрастание прочности получается при совместном перемешивании и уплотнении. Слой снега, имеющий плотность 0,19 и прочность 0,42 кГ/см² был подвергнут перемешиванию боронами и затем уплотнен многополозными санями весом около 1 тонны. Температура воздуха была - 15 °С. Сразу после обработки плотность слоя снега оказалась 0,50 и прочность - 4,5 кГ/см². Через 18 часов после обработки плотность снега осталась равной 0,50, а прочность увеличилась до 12 кГ/см².

Наличие слоя снега на проезжей части дороги с плотностью, при сухом снеге, до 0,4 вызывает увеличение сопротивления качению и отсюда, как следствие, снижение скоростей движения автомобилей. Количественные значения влияния скоростей в зависимости от толщины слоя снега приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость скорости движения автомобилей от толщины ненарушенного слоя снега

При искусственно уплотненном слое снега до плотности 0,45 не оставляют следа и потому не снижают скорости легковые автомобили, при плотности 0,5 - легкие грузовые и при плотности 0,6 - средние и тяжелые грузовые.

При сыром, мокром снеге, при любой плотности, все автомобили оставляют колею и поэтому все скорость.

Плотность убираемого слоя снега, как показано на рисунке 2, оказывает большое влияние на сопротивление его вырезанию и перемещению плужными снегоочистителями.

Рис. 2. Зависимость сопротивления вырезанию и перемещению снега плужными снегоочистителями от плотности убираемого слоя снега

Плотность убираемого слоя снега оказывает большое влияние и на производительность роторных снегоочистителей.

3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ СО СНЕГОМ И ЛЬДОМ НА ДОРОГАХ

3.1. Основные виды мероприятий

Основными видами мероприятий по борьбе со снегом и льдом на дорогах являются:

защита проезжей части и обочин от отложений на них снега, приносимого ветром с окружающей местности;

уборка снега с проезжей части и обочин;

недопущение и ликвидация обледенений проезжей части дороги;

недопущение образования лавин и меры по их ликвидации;

недопущение образования наледей и меры по их ликвидации.

Первые три вида мероприятий необходимы на всей территории Казахстана; четвертый - в горных районах Восточно-Казахстанской, Семипалатинской, Талды-Курганской, Алма-Атинской, Джамбулской и Чимкентской областей; пятый вид мероприятий - борьба с наледями - может оказаться необходимым в той или иной степени почти на всей территории Казахстана, за исключением самых южных областей: Чимкентской, Кзыл-Ординской, Гурьевской и Мангышлакской. Наиболее опасны в отношении образования наледей горные районы.

Из всех указанных выше мероприятий наиболее важными в обеспечении требований в отношении скоростей и бесперебойного и безопасного движения автомобилей являются первые два: защита от приносимого ветром снега и снегоуборка. Хотя борьба с обледенениями также требуется на всей территории Казахстана, однако, следует указать, что основной причиной появления обледенений, особенно в северной половине Казахстана, являются недостаточный надзор за состоянием покрытий и несвоевременная и недостаточная уборка снега с покрытий.

Следует отметить также, что хотя наиболее важными названы два мероприятия: защита от приносимого ветром снега и снегоуборка, однако, первое из них требует значительно больших усилий и больших затрат, чем второе. Вызывается это тем, что при снегопадах на проезжей части и обочинах за весь зимний период может образоваться снежный покров (если его не убирать) толщиною до 1,0 метра. За один же снегопад этот покров может достигнуть толщины максимум 0,3 м. При современных средствах снегоочистки убрать такой слой снега не составляет большого труда. И при правильно организованной службе снегоочистки из-за снегопада не может быть перерыва в движении. Даже не может быть и большого снижения скоростей.

Другое дело - переносимый снег. На один погонный метр дороги за весь зимний период может принести 200, 500 и даже 1000 м³/м. Бороться с таким количеством приносимого снега одними снегоочистителями уже невозможно и приходится применять снегозащитные мероприятия. Стоимость этих мероприятий очень высока и может колебаться, в зависимости от объема снегоприноса, в пределах от 10000 до 100000 рублей на один километр. Поэтому данный вопрос в борьбе со снегом на дорогах играет первостепенную роль.

Такую роль он играет и на железных дорогах, где организация снегоборьбы находится на высоком уровне. Так, Д.М. Мельник в своей работе 1966 г. указывает:

«Ежегодно по сети дорог (имеются в виду железные дороги) на снегоборьбу расходуется до 30 млн. руб., или 13 % стоимости текущего содержания пути. На дорогах каждую зиму для выполнения работ по снегоборьбе затрачивается в среднем 5 - 6 млн. человеко-дней. Тем не менее бывают еще случаи, когда из-за снежных заносов происходят перебои в движении поездов. Очевидно, при таких обстоятельствах уменьшение стоимости и трудоемкости снегоборьбы и такое дальнейшее ее усовершенствование, которое исключило бы вредное влияние снегопадов и метелей на работу транспорта, составляют одну из актуальнейших задач путевого хозяйства и железнодорожного транспорта в целом».

Еще большее значение решение этого вопроса имеет для автомобильных дорог. Из-за значительно большего протяжения их на снегоборьбу по всей территории СССР расходуется уже в среднем до 70 млн. руб. ежегодно. Кроме того из-за значительно более позднего срока начала этой борьбы на автомобильных дорогах, более быстрого роста их протяжения и, пока, более низкого уровня организации работ по снегоборьбе перерывы в движении на автомобильных дорогах из-за снежных заносов имеют место каждую зиму и иногда на довольно большие сроки. Эти перерывы в движении приносят государству большие убытки и поэтому должны быть устранены как можно быстрее.

В настоящее время на подавляющем большинстве автомобильных дорог Казахстана более или менее регулярно проводится лишь борьба со спокойно выпадающим снегом. Но этот вид борьбы может дать положительные результаты, когда применяются и мероприятия по борьбе со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности. В качестве таких мероприятий на автомобильных дорогах Казахстана применяются придорожные снегозащитные насаждения, переносные щиты и заборы. Однако поскольку в настоящее время эти мероприятия, особенно заборы, применяются пока в недостаточной степени, то на дорогах возникают перерывы в движении автотранспорта и сильное снижение его скоростей. А это вызывает общегосударственные убытки, и не только по автотранспорту, но и по всем предприятиям, пользующимся услугами автотранспорта.

3.2. Борьба со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности

Изложенное показывает, что наиболее важной задачей по снегоборьбе является борьба со снегом, приносимым ветром к дороге с окружающей ее местности. Следует сразу предупредить, что задача эта для автомобильных дорог Казахстана является весьма трудной.

Основным расчетным показателем для решения этой задачи являются объемы снегоотложений, которые по своей величине в северной половине Казахстана занимают второе место после тундры и в наиболее снегозаносные годы достигают 1000 - 1200 м³/м. По всей территории Казахстана максимальные объемы снегоотложений колеблются в пределах от 75 до 600 м³/м и единичные исключительные от 100 до 1200 м³/м.

Осуществление снегозащитных мероприятий должно начинаться с периода изысканий, когда трасса должна прокладываться по наименее заносимым участкам местности.

Применяемые в процессе проектирования снегозащитные мероприятия по борьбе с переносимым снегом по принципу воздействия на ветроснеговой поток можно разделить на 3 группы: снегоперепускающие, снегозадерживающие, снегоизолирующие.

Мероприятия снегоперепускающего действия основаны на беспрепятственном пропуске переносимого ветром снега через основную полосу движения на дороге. Перенос этот может осуществляться или нормальным ветровым потоком или приданием ему повышенных скоростей. На воздействие на переносимый снег нормального ветрового потока рассчитаны рекомендации по устройству и поддержанию поперечного профиля дороги с обтекаемым очертанием: раскрытые мелкие выемки; мелкие выемки, разделанные под насыпь; придание откосам снежной траншеи на проезжей части пологих уклонов.

Следует, однако, отметить, что эти мероприятия только лишь снижают степень заносимости данного участка дороги, а не устраняют ее. Поэтому для условий Казахстана они могут применяться только там, где объемы снегоотложений не превышают 50 - 100 м³/м.

На придании ветровому потоку повышенных скоростей основаны рекомендации по прокладке дорог насыпями и по установке на обочинах дорожного полотна ветронаправляющих устройств.

Мероприятия снегозадерживающего действия основаны на недопущении переносимого ветром снега к дорожному полотну и на задержании его на полосе, прилегающей к дороге. На задержание снега на полосе, прилегающей к дороге, рассчитаны рекомендации по установке переносных щитов, устройству заборов, созданию придорожных лесонасаждений, устройству снежных траншей, валов и стенок, созданию комплексной снегозащиты на полях и у дорог. К этой же группе следует отнести и устройство снегонезаносимых выемок.

Мероприятия снегоизолирующего действия основаны на недопущении попадания снега на дорогу как с боков, так и сверху. К этим мероприятиям относятся навесы, галереи и тоннели. Все они применяются, чаще всего, на участках падения лавин.

По сроку службы снегозащитные мероприятия можно разделить на такие 4 группы:

постоянные - прокладка дорог по наименее заносимым участкам местности, назначение снегонезаносимых насыпей, устройство снегонезаносимых выемок;

долговременные - комплексный метод снегозадержания на полях и у дорог, постоянные железобетонные заборы, каменные стенки, земляные валы, придорожные снегозащитные лесонасаждения, ветронаправляющие устройства;

сезонные - переносные решетчатые щиты, выставляемые с осени; посев высокостебельных растений;

оперативные - переносные решетчатые щиты, если они выставляются уже зимой, как вспомогательные к другим видам снегозащиты; создание снежных валов, траншей, стенок.

Осуществление снегозащитных мероприятий следует проводить по этапам.

Для вновь строящихся дорог это должно происходить так:

в период изысканий, как уже указано, необходимо трассу прокладывать по наименее заносимым участкам местности;

в период составления проекта следует предусмотреть все мероприятия постоянного действия, а также сезонного и оперативного действия, наметить и запроектировать постоянно действующие опорные снегомерные пункты. Объемы снегоотложений в этом случае, если нет натурных замеров, можно принимать по данным районирования территории Казахстана по условиям снегоборьбы.

Для проектирования снегозащитных мероприятий долговременного действия нужны данные о снегозаносимых участках и возможных на них объемах снегоотложений. Эти данные должны быть получены только на основании 2-х и 3-летних наблюдений на уже построенной и введенной в эксплуатацию дороге и натурных замеров снегоотложений за тот же срок на всех снегозаносимых участках, для чего на них должны быть заложены временные снегомерные пункты. Только после этого следует составлять проект снегозащитных мероприятий долговременного действия.

Причем проектом эти мероприятия должны быть предусмотрены для всех снегозаносимых участков без исключения и с обязательным экономическим сравнением всех возможных вариантов для каждого такого участка - комплексного метода снегозащиты, железобетонных заборов, каменных стенок, земляных валов, придорожных снегозащитных лесонасаждений. Практика проектирования только одних придорожных снегозащитных лесонасаждений, как это делается пока сейчас, не должна иметь места, так как остаются необеспеченными защитой многие участки, и дорога из-за этих участков становится непроезжей.

Для уже существующих дорог при составлении проекта реконструкции весь процесс по осуществлению снегозащитных мероприятий должен проходить так же, как и для новых дорог, если нет данных обследований снегозаносимости дороги и натурных замеров объемов снегоотложений. Если последние имеются и за достаточное число лет, то при составлении проекта реконструкции дороги должны сразу проектироваться снегозащитные мероприятия долговременного действия. На тот же период, пока долговременные мероприятия будут осуществляться, следует запроектировать сезонные и оперативные мероприятия.

3.3. Очистка дорог от снега

Наибольшая эффективность и производительность при работах по снегоочистке дорог могут быть достигнуты только тогда, когда для каждой дороги, а может быть и для отдельных ее участков, отличающихся по условиям снегоочистки от соседних, будут правильно выбраны типы снегоочистителей, разработаны схемы снегоочистки, назначены пункты стоянки снегоочистителей. Но это требует составления проекта по организации снегоочистки.

Для уже эксплуатируемых дорог такие проекты должны составляться в упрдорах и облушосдорах или в ДЭУ и ДЭСУ. Для дорог вновь проектируемых такие проекты должны входить в состав общего проекта, разрабатываемого проектными организациями для данного участка дороги.

Эксплуатационные подразделения проекты организации снегоочистки должны составлять в двух вариантах: один с учетом новейших, наиболее совершенных типов снегоочистителей и соответствующих им методов снегоочистки, и другой - с учетом имеющихся в настоящее время в подразделении снегоочистителей и соответствующих им методов снегоочистки.

Первый проект необходим для того, чтобы эксплуатационные подразделения смогли учесть все последние достижения науки и техники и стремиться к постепенному осуществлению наиболее совершенных и экономически наиболее эффективных средств снегоочистки. Второй проект является временным и постепенно должен заменяться первым проектом.

Данные, необходимые для составления проектов организации снегоочистки, приводятся ниже.

3.4. Борьба с обледенением дорог

Борьба с обледенением дорог имеет свою специфику и требует применения как разных методов этой борьбы, так и разных материалов. Эксплуатационные подразделения должны, прежде всего, установить, какие виды обледенения имеют место на обслуживаемых ими дорогах, в какие периоды эти обледенения возникают и какие участки дороги наиболее опасны в период обледенений.

На основе этих данных для уже эксплуатируемых дорог в упрдорах и облушосдорах или в ДЭУ и ДЭСУ должны составляться проекты организации работ по предупреждению и ликвидации обледенений. Для дорог вновь проектируемых или реконструируемых такие проекты должны также входить в состав общего проекта, разрабатываемого проектными организациями.

В этих проектах должно быть два раздела: в первом разделе, исходя из причин, вызывающих обледенения, должны быть разработаны мероприятия по предупреждению появления обледенений; во втором разделе должны быть указаны мероприятия по ликвидации обледенений, если появление их не может быть предупреждено.

Данные, необходимые для составления проектов организации работ по предупреждению или ликвидации обледенений, приводятся ниже.

3.5. Борьба с наледями и лавинами

Борьба с наледями и лавинами имеет свою особую специфику, требует длительных и тщательных обследований и поэтому проекты по борьбе с наледями и лавинами должны быть обособленными от основного проекта по строительству или реконструкции дороги и должны выполняться организациями, имеющими опыт в этом вопросе. Причем эти организации - научно-исследовательские или учебные институты - могут давать только принципиальные рекомендации, а разработку рабочего проекта по этим рекомендациям можно поручать проектным институтам.

На обязанности эксплуатационных подразделений лежит выявление мест, подверженных наледям или лавинам, регистрация всех этих явлений, принятие неотложных мер по предупреждению этих явлений и предупреждению о них, а также ликвидация произведенных разрушений и уборка льда и снега для обеспечения проезда.

Приведенный перечень основных видов мероприятий по борьбе со снегом и льдом на дорогах показывает большое разнообразие этих мероприятий, вызываемых большим различием как причин, вызывающих их, так и условий и возможностей устранения этих причин.

Приведенный перечень основных видов мероприятий по борьбе со снегом и льдом на дорогах показывает на обособленность и коренные отличия этих мероприятий от мероприятий, применяемых при положительных температурах и поэтому требующих своих особых, специфических методов и оборудования и, как следствие этого, требующих специальных и серьезных знаний по данному вопросу как от изыскателей, проектировщиков и строителей, так и от работников службы эксплуатации дорог. Все изложенное ниже по данному вопросу рассчитано на использование работниками службы эксплуатации дорог, но может быть полезным и изыскателям, проектировщикам и строителям.

4. РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ КАЗАХСКОЙ ССР ПО УСЛОВИЯМ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ

4.1. Основные показатели степени трудности зимнего содержания дорог

Зимним периодом в условиях Казахской ССР является период с температурами ниже 0°. Продолжительность такого периода для различных областей Казахстана приведена в таблице 4 (таблица составлена по данным СНиП II-А, 6-62).

Таблица 4

Порядок областей в этой таблице принят по нисходящей - максимальному числу дней с температурой ниже 0°, т.е. по максимально возможной продолжительности зимнего периода.

В этой же таблице помещены данные о числе дней со снежным покровом, о средних из наибольших декадных высот снежного покрова за зиму в см и о числе дней с оттепелями и зимними дождями.

4.2. Необходимость районирования

Из данных таблицы 4 видно, что приведенные в ней показатели степени трудности зимнего содержания дорог весьма различны как по всей территории Казахской ССР, так и в пределах областей. Такое различие требует не только разных видов работ (например, борьбу с обледенениями на проезжей части дорог или борьбу с переносимым снегом), но и различных усилий, объемов работ при одном и том же виде применяемых мероприятий. Если же учесть и рельеф местности, а также скорости ветров и их продолжительность, то это различие станет еще большим.

Такое весьма значительное изменение показателей степени трудности зимнего содержания дорог вызывает назначение различных высот снегонезаносимых насыпей, видов и размеров снегозадерживающих устройств, видов и количества снегоочистителей и оборудования и материалов для борьбы с обледенениями. Но они могут быть назначены и распределены правильно только тогда, когда известны количественные показатели степени трудности зимнего содержания дорог.

Знание этих показателей необходимо также для планирования и распределения средств и оборудования по зимнему содержанию дорог, для изыскания и проектирования дорог с учетом их снегозаносимости, для установления сроков по определению максимального объема снегоотложений и его расчетной величины, для выбора первоочередных районов и вопросов дальнейших исследований и для проверки имеющихся в настоящее время выводов, обобщений и рекомендаций по зимнему содержанию дорог.

Величины показателей степени трудности зимнего содержания дорог, как показывает таблица 4, меняются в довольно больших пределах. Поэтому, казалось бы, что пределы изменений этих показателей нужно знать с наименьшим интервалом. Но, с другой стороны, эти пределы меняются ежегодно, правда, в некоторых, уже значительно больших интервалах. Кроме того и все мероприятия по зимнему содержанию дорог проектируются на какую-то наиболее часто встречающуюся величину количественного показателя, определяющего условия применения того или иного вида мероприятия. Ведь нельзя же, скажем, высоту снегонезаносимой насыпи, высоту снегозадерживающего забора или ширину снегозащитных насаждений менять ежегодно. Это положение требует знаний величины показателей степени трудности зимнего содержания дорог в каком-то определенном и сравнительно большом интервале. Но а это, в свою очередь, вызывает необходимость знать территорию, на которой возможно наличие величины каждого показателя именно в этих интервалах или до некоторых определенных пределов. Вот это последнее обстоятельство и вызывает необходимость районировать территорию Казахской ССР по определенным величинам количественных показателей степени трудности зимнего содержания дорог, т.е. по условиям этого содержания.

4.3. Показатели и принципы, принятые для районирования

Районирование должно иметь комплексный характер и при этом обеспечивать одновременный учет ряда основных показателей, определяющих условия зимнего содержания дорог.

В комплекс мероприятий по зимнему содержанию дорог входят пять основных их видов:

1. Предотвращение заноса дороги снегом, приносимым ветром с окружающей ее местности.

2. Очистка дорог от снега, образующегося в результате снегопадов.

3. Предотвращение и ликвидация обледенений проезжей части дорог.

4. Предотвращение и ликвидация лавин.

5. Предотвращение и ликвидация наледей.

Районирование территории Казахской ССР произведено с учетом только первых четырех видов мероприятий. Пятый вид мероприятий - предотвращение и ликвидация наледей - при районировании не учитывался.

Для первого вида мероприятий основным расчетным показателем приняты объемы снегоотложений. Вспомогательными показателями приняты: высота снежного покрова, скорость и направление метелевых ветров, продолжительность периода метелей.

Для второго вида мероприятий основным расчетным показателем принято количество твердых осадков, выпадающих как за весь зимний период, так и за один снегопад. Вспомогательными показателями приняты: количество дней в году со снеговым покровом и температура воздуха в зимний период.

Для третьего вида мероприятий основным расчетным показателем принято число дней с оттепелями и зимними дождями.

Вопросы борьбы с лавинами достаточно детально разработаны, а Г.К. Тушинским составлена схема лавинных районов СССР (Г.К. Тушинский - 1956 и 1960 гг.). Эти данные и использованы при нанесении границ лавиноопасных районов.

Поскольку районирование должно иметь комплексный характер, то схема районирования должна состоять из ряда ступеней, последовательно обеспечивающих учет основных, влияющих на условия зимнего содержания дорог, показателей.

Для первой, исходной ступени районирования нами выбран объем снегоотложений со стороны господствующих ветров в зимний период. Этот показатель является достаточно характерным и устойчивым и резко отличным для разных районов территории как СССР, так и Казахской ССР; служит основой для расчетов и выбора снегозащитных мероприятий; определяет главные особенности каждого района с точки зрения снегоборьбы; учитывает все местные условия (рельеф местности, наличие растительности, количество выпадающих осадков, температуры воздуха, скорости ветра, наличие оттепелей и зимних дождей и т.п.). Таким образом, он является результативной величиной от совокупности всех этих факторов и их взаимодействия. Господствующее направление ветров, по которому определены объемы снегоотложений, принято со скоростями более 5 м/сек.

Второй ступенью районирования принято подразделение каждого района на природные зоны - лесостепь, степь, полупустыня, пустыня.

Третьей ступенью районирования принято подразделение некоторых районов на подрайоны. Это подразделение произведено с учетом двух главных показателей - объемов снегоотложений и числа дней с оттепелями и зимними дождями.

Каждая зона, а где имеются подрайоны, то и каждый подрайон, характеризуется, кроме главных, вторичными сопутствующими показателями.

Указанные три ступени районирования и показатели, положенные в основу их выделения, сведены в таблицу 5.

Обозначение районов произведено римскими цифрами, природных зон - первыми буквами природной зоны (ЛС - лесостепь, С - степь, ПП - полупустыня, П - пустыня), подрайонов - арабскими цифрами, причем в каждом районе номер подрайона начинается с первого.

Таблица 5

Порядковые номера районов и подрайонов даны по нисходящей ступени, т.е. первый номер района присвоен району с наиболее трудными условиями зимнего содержания дорог, второй - с менее трудными и т, д.

Нумерация районов принята для всей территории СССР с тем, чтобы было видно, на каком месте по трудности находится та или иная часть территории Казахской ССР. Вся территория СССР разделена на XVII районов (см. табл. 6). Причем к XVI району отнесена та часть территории СССР, где снежные заносы на дорогах бывают в отдельные годы, а к XVII - где снег иногда выпадает, но держится всего несколько дней и тает.

В отдельный X район выделены горные районы, где имеют место лавины, требующие специальных мероприятий по борьбе с ними.

Таблица 6

Границы районов, зон и подрайонов приведены на рисунке 3; части территории, входящие в тот или иной район, зону или подрайон, приведены в таблице 7, а количественные значения показателей районирования приведены в таблице 8.

При пользовании этой таблицей необходимо помнить, что объемы снегоотложений даны для участков дорог, расположенных под прямым углом к направлению господствующих ветров.

Рис. 3. Районирование территории Казахской ССР по условиям снегоборьбы.

Таблица 7

Таблица 8

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СНОСА, ПЕРЕНОСА И ОТЛОЖЕНИЙ СНЕГА

5.1. Классификация явлений выпадения и переноса снега

Существующие классификации явлений выпадения и переноса снега имеют своей основой учет метеорологических факторов и вызываемых ими процессов переноса снега. Однако для практического использования этих классификаций необходимо учитывать также и то влияние, которое оказывает на движение автомобильного транспорта тот или иной вид выпадения или переноса снега.

Автомобильные дороги проектируются, по возможности, насыпями различной высоты или нулевыми профилями. Но во время переноса снега через нулевые места и через насыпи видимость как самой проезжей части, так и встречного транспорта сильно ухудшается. Нами и предлагается классификация, учитывающая этот фактор.

По предлагаемой классификации выпадение и перенос снега следует делить на такие 5 видов:

1. Снегопад - выпадение снега из облаков без ветра.

2. Поземок - перенос ветром ранее выпавшего снега, без выпадения из облаков, но с малой высотой подъема - в пределах до 0,5 метра. В связи с этим затрудняется видимость проезжей части дороги, и водитель автомобиля вынужден снижать скорость машины, но все встречные машины он хорошо видит.

3. Низовая метель - также перенос ранее выпавшего снега без выпадения из облаков, но уже с подъемом до 2-х и более метров. Небо чистое. Снег переносится на высоте большей, чем уровень глаз водителя легкового автомобиля. В связи с этим сильно затрудняется видимость не только проезжей части, но и встречных машин. Скорость движения автомобилей снижается еще больше, и даже возможны аварии.

4. Верховая метель - выпадение снега из облаков при ветре, но без перемещения ранее выпавшего снега. Видимость проезжей части и встречных машин снижается, и скорости автотранспорта также снижаются.

5. Общая или двойная метель - явление низовой и верховой метели одновременно. Видимость проезжей части и встречных машин очень сильно снижается, и движение автомобилей может даже прекратиться.

5.2. Распределение переносимого снега в ветроснеговом потоке

Измерение количества переносимого снега в различных слоях ветроснегового потока для европейской части СССР было сделано в 1928 году Н.Н. Изюмовым на Воденяпинской станции НКПС, который производил систематические измерения переноса снега в вертикальной плоскости в различных слоях на высоте до 2-х метров над поверхностью земли (Н.Н. Изюмов, 1931 г.). Полученное в результате этих измерений распределение переноса снега по слоям в процентах от общего количества для трех различных явлений приведено в таблице 9.

Таблица 9

Из этой таблицы видно, что при всяких условиях переноса подавляющее значение имеет перенос в самом нижнем слое воздуха от 0 до 10 см над поверхностью земли. В этом слое переносится от 73 до 92 % от всей массы снега, переносимого в слое высотою в 2 м.

Указанное в таблице 9 распределение густоты переноса сохраняется при ветрах разной скорости. Помещенные в этой таблице данные наблюдаются при ветрах со средней скоростью от 6 до 16 м/сек, а в один день наблюдений, в течение нескольких часов, скорость ветра держалась даже больше 20 м/сек, но и в тот день распределение переноса снега по слоям осталось почти таким же.

С целью еще большего уточнения переноса снега в самом нижнем слое на Воденяпинской опытной станции были произведены измерения переноса снега на нуле, т.е. на самой поверхности, на 4 и на 12 см от поверхности, но которой переносился снег. Эти измерения показали, что на нуле, т.е. непосредственно по самой поверхности, переносится 64 %, на высоте 4 см - 32 % и на высоте 12 см - 4 % от общего количества снега, переносимого в общей толще этого слоя (0 - 12 см от поверхности).

В более позднее время такие измерения переноса снега по высоте были сделаны и в азиатской части нашего Союза. Результаты этих измерений приведены в таблице 10.

Таблица 10

В отношении возможной высоты переноса снега имеются данные А.А. Комарова (1959 г.), который предлагает высоту слоя переноса учитывать до 5 м. Имеются также указания В.Е. Карышева (1969 г.), наблюдения которого на территории Белоруссии показали, что при отсутствии снегопада высота переноса снега над поверхностью снежного покрова достигала 4 - 5 м.

5.3. Минимальные скорости ветра, необходимые для отрыва и переноса снежинок

Поскольку единственным фактором, вызывающим отрыв от общей массы снега и дальнейший перенос снежинок, является ветер, то прежде всего необходимо установить, при какой скорости ветра происходят отрыв и перенос снежинок.

Выше установлено, что перенос снега, при отсутствии выпадения его из облаков, происходит в слое воздуха высотою от поверхности земли или снежного покрова до 5 м. Поскольку этот слой воздуха находится вблизи земной или снежной поверхности, то он испытывает трение об эту поверхность, и поэтому скорости ветра на разной высоте от поверхности будут различными. В таблице 11, по данным Карунина, приведены скорости ветра в различных слоях ветрового потока, измеренные при общих разных скоростях всего потока.

Таблица 11

Эта таблица показывает, что скорости ветра над самой поверхностью снегового покрова примерно в 2 раза меньше, чем на высоте 1 м и примерно в 3 раза меньше, чем на высоте 8 м. Но поскольку отрыв снежинок и максимальный перенос их происходит над самой поверхностью снежного покрова, в слое до 4 см, то необходимо прежде всего установить скорость ветра, при которой происходит отрыв и перенос этой массы снега. Данные об этой скорости, полученные разными исследователями при рыхлом снеговом покрове, приведены в таблице 12.

Таблица 12

На величину минимальной скорости ветра для переноса снега оказывает влияние плотность снегового покрова. При плотности 0,2 эта скорость, по данным автора, равна 3,5 - 4,0 м/сек и при плотности 0,3 - 6,7 м/сек.

По данным В.Н. Аккуратова (1956 г.), минимальная скорость ветра для переноса снега при плотности 0,05 равна 1,4 м/сек, при плотности 0,3 - 4,0 м/сек и при плотности 0,52 - 22,0 м/сек.

По данным А.К. Дюнина (1963 г.), на уплотненной и приглаженной поверхности звездчатого снега вырывание отдельных частиц происходит при скорости ветра 8,93 м/сек, смещение отдельных частиц - при скорости ветра 18,70 м/сек и сильный перенос - при скорости ветра 26,40 м/сек. На естественной ветровой доске переноса снега не бывает даже при скорости ветра 37,10 м/сек.

На величину минимальной скорости ветра для переноса снега оказывает влияние наличие травы на площади, с которой сносится снег. Так, поданным В.Ф. Жукова (1944 г.), если над снежным покровом выдаются стебли травы, то эта скорость равна 4,4 м/сек, а если трава полностью погребена под снегом - то 3,6 м/сек.

Из изложенного вытекает, что на перепое снега по поверхности снежного покрова во время снегопада, сопровождающегося ветром, оказывают влияние: температура и влажность воздуха, гладкость поверхности, по которой переносится снег, форма и величина выпадающих снежинок, рельеф местности, наличие выступающей травяной растительности.

На отрыв отдельных снежинок от общей массы снегового покрова и на последующий перенос их при отсутствии снегопада оказывают влияние: плотность снегового покрова, наличие на поверхности снегового покрова обледенелых или уплотненных корок, форма и размеры отдельных частиц снега, шероховатость поверхности снежного покрова и наличие бугорков или волн, наличие травяной растительности, температура и влажность воздуха, продолжительность спокойного лежания снегового покрова.

Изложенное показывает хорошее совпадение аналитических и экспериментальных данных. Согласно этим данным минимальная скорость ветра, необходимая для отрыва и переноса снега, в зависимости от различных условий, колеблется в весьма широких пределах - от 1,4 до 22,0 и более м/сек.

5.4. Интенсивность переноса снега

Интенсивностью переноса снега, именуемой также твердым расходом метели, называется вес снега в граммах, проносящегося в одну секунду через один квадратный метр поперечного сечения ветроснегового потока.

Полной интенсивностью переноса снега (полным расходом снега) называется его весовой перенос в одну секунду через один метр фронта ветроснегового потока.

Интенсивность переноса снега зависит от большого числа различных факторов:

наличия снежного покрова;

его возможной толщины и плотности;

температуры и влажности воздуха;

размеров участка, с которого может быть принесен снег к данному участку дороги;

наличия на этом участке, на пути переноса снега, местных снегозадерживающих препятствий (небольших неровностей поверхности земли, травы, стерни, кустарника, отдельных деревьев или их небольших кущ и т.п.);

скорости и направления ветра;

структуры и синоптической характеристики ветроснегового потока.

Экспериментальные замеры интенсивности переноса снега производят в поле метелемерами и батометрами или в лабораторных условиях в аэродинамических каналах при помощи коробов-отстойников.

Определение интенсивности переноса снега в полевых условиях было произведено рядом исследователей. Результаты значительной части выполненных ими единичных метелемерных измерений представлены на рис. 4. (Рисунок взят из работы А.К. Дюнина, 1963 г.). По оси ординат отложены значения полного расхода снега Q в граммах в течение одной секунды через метр фронтальной линии, перпендикулярной к ветроснеговому потоку. По оси абсцисс даны значения средних скоростей ветра, измеренных на высоте 1 - 2 м.

Рис. 4. Данные единичных метелемерных измерений:

1 - данные Л.М. Дановского; 2 - данные ТЭИ ЗСФАН (метелемер с коротким соплом); 3 - то же, метелемер с длинным соплом; 4 - данные И.К. Зеленого; 5 - данные Д.М. Мельника; 6 - данные Воденяпинской станции МПС СССР; 7 - данные П.И. Кузьмина (Норильск); 8 - данные Н.П. Русина (Антарктида). Кривая I построена по формуле Д.М. Мельника, кривые II, III, IV и V построены по формулам В.М. Котлякова

Кривая I построена по формуле Д.М. Мельника Q = CV³ = 0,092V³_1,0 г/м сек.

Кривые II, III, IV и V построены А.К. Дюниным по формулам В.М. Котлякова, приведенным в работе А.К. Дюнина (1963 г.) под №№ 326 - 329.

Рис. 4 показывает не только на большой разброс точек, но и на большое различие обобщенных кривых. Так, обобщающая кривая В.М. Котлякова под индексом III дает различие с его же кривой под индексом V при скорости ветра 8 м/сек - в 25 раз, при скорости ветра 10 м/сек - в 10 раз и при скорости 12 м/сек - в 7 раз.

Отдельные точки при скорости ветра в 15 м/сек дают разницу в 5 раз, при скорости ветра 17 м/сек - в 8 раз, при скорости ветра 20 - 21 м/сек - в 14 раз и т.д.

Рис. 4 показывает на безусловную зависимость интенсивности переноса снега от скорости ветра. Судя по расположению точек на рис. 4, максимальная интенсивность переноса ограничивается кривой, расположенной несколько левее кривой III В.М. Котлякова. Однако последний в работе 1961 года приводит данные измерений интенсивности переноса снега на станции Восток-1, которые располагаются значительно левее кривой III. Данные эти изображены на рис. 5, взятом из указанной работы В.М. Котлякова.

Рис. 5. Зависимость интенсивности низовой метели от скорости ветра:

1 - при твердой поверхности снежного покрова; 2 - при поверхности средней твердости; 3 - при рыхлой поверхности снега; 4 - измерения на станции Восток-1

Расположение точек на рис. 4 и 5 показывает, что интенсивность переноса снега имеет ограничение и справа. Таким образом, рис. 4 и 5 указывают на возможные пределы размещения точек как по оси абсцисс, так и по оси ординат. Однако пределы эти весьма широки. По линии абсцисс эти пределы при интенсивности переноса 20 - 30 г/м сек захватывают скорости от 5 до 20 м/сек, при интенсивности переноса 60 г/м сек - от 8 до 19 м/сек, при интенсивности переноса 120 - 130 г/м сек - от 10 до 19 м/сек и т.д. По линии ординат эти пределы при скорости 5 м/сек захватывают интенсивность переноса от 0 до 30 г/м сек, при скорости 8 м/сек - от 0 до 70 г/м сек, при скорости 10 м/сек - от 2 до 130 г/м сек, при скорости 12 м/сек - от 10 до 220 г/м сек, при скорости 17 - 18 м/сек - от 30 до 260 г/м сек и т.д.

Вызывается это большим числом факторов, влияющих на интенсивность переноса снега, и большой изменчивостью каждого из этих факторов. Да иначе и быть не может, поскольку на рис. 4 приведены данные измерений интенсивности переноса снега во всех районах СССР и даже в Антарктике.

Рис. 4 хотя и дает возможность более или менее точно определить максимально возможное значение интенсивности переноса снега, но воспользоваться этими значениями для конкретных выводов, а тем более для практических целей, нельзя. В разных районах СССР как конечные значения всех факторов, влияющих на интенсивность переноса снега, так и пределы, в которых эти значения могут колебаться, будут весьма различны. Толщина снежного покрова может колебаться в пределах от 0 до 1,5 и более метров. Плотность снежного покрова может колебаться в одном и том же районе от 0,05 до 0,3 и выше. Максимальная плотность снежного покрова в разных районах СССР может колебаться в пределах от 0,2 до 0,5. Отрицательные температуры воздуха могут колебаться в пределах от -15° до -55°. Такое же положение и с колебаниями значений всех остальных факторов.

Следовательно, чтобы данные об интенсивности переноса снега были более близки к истинным, эти данные нужно иметь для каждого небольшого конкретного района отдельно. Причем, колебания факторов, влияющих на интенсивность переноса для каждого района, должны быть в достаточно узком диапазоне, т.е. определение интенсивности переноса снега следует определять узкорегионально, а не для обобщенных районов, как, например, европейская часть СССР или Западная Сибирь и тем более не для всей территории СССР.

Подтверждение этому выводу дают лабораторные измерения интенсивности переноса снега.

Определение интенсивности переноса снега в лабораторных условиях, а именно в аэродинамических каналах различного сечения и длины, было выполнено А.К. Дюниным (1959 г.). Результаты этих работ приведены на рис. 6, взятом из данной работы А.К. Дюнина.

Рис. 6. Твердый расход полностью насыщенного ветроснегового потока в экспериментальном канале

А.А. Комаровым (1965 г.) также были проведены замеры интенсивности переноса снега в аэродинамическом лотке. Данные этих замеров приведены на рис. 7, взятом из указанной работы А.А. Комарова.

Рис. 7. Сравнительные данные по переносу снега, полученные метелемером ВО-2 и улавливающим коробом лотка:

1 - количество снега, собираемое улавливающим коробом лотка; 2 - количество снега, собираемое метелемером ВО-2

Оба эти рисунка ясно показывают на весьма значительный разброс точек. Но в условиях проведения этих лабораторных работ были исключены многие факторы, влияющие на интенсивность переноса снега, а именно такие, как толщина и плотность снежного покрова, температура и влажность воздуха, размеры участка, с которого сносился снег, наличие на пути переноса местных препятствий, синоптическая характеристика ветроснегового потока. Действовали лишь факторы скорости ветра, продолжительности продувки и микроструктуры и гранулометрического состава снега. Причем, как указывает А.А. Комаров (1965 г.), «Конструкция короба аэродинамического лотка была такова, что погрешность за счет потерь снега при его переносе не превышала 2 - 3 %».

Даже при таком малом числе факторов, влияющих на интенсивность переноса снега, разброс точек был весьма значителен. Так, согласно рис. 7, при скорости ветра в 10 м/сек интенсивность переноса снега оказалась в пределах от 5 до 40 г/см² мин, при скорости ветра в 14 м/сек - от 40 до 180 г/см мин, при скорости ветра в 15 м/сек - от 45 до 230 г/см² мин, при скорости ветра в 20 м/сек - от 160 до 290 г/см² мин и т.д. Таким образом, колебания интенсивности переноса снега при одинаковых скоростях ветра имели место от 2 до 5 раз.

Следовательно, исключение ряда факторов при лабораторных измерениях повысило точность определения интенсивности переноса снега: по рис. 4 колебания интенсивности переноса снега при одинаковых скоростях ветра имели место от 9 до 70 раз, а по рис. 7 эти колебания уже были в пределах от 2 до 5 раз. Но и эти пределы для конкретных выводов, а тем более для практических целей также еще весьма велики, тем более, что в действительной обстановке они окажутся безусловно выше.

Скорость ветра является основным фактором интенсивности переноса снега. Все исследователи, занимающиеся этим вопросом, единодушны в том, что между интенсивностью переноса снега и скоростью ветра существует безусловная зависимость. Однако следует заметить, что в определении количественного значения этой зависимости единодушия нет.

Исследователи, определившие эту зависимость для условий европейской части СССР (В.В. Кузнецов (1900 г.), А.X. Хргиан (1934 г.), В.Н. Аккуратов (1951 г.)), считали ее пропорциональной квадрату скорости. Исследователи, определившие эту зависимость для условий европейской и азиатской частей СССР (Б.В. Иванов (1951 г.), Д.М. Мельник (1952 г.), А.К. Дюнин (1952 г.), считали пропорциональной кубу скорости. А.А. Комаров (1954 г.), определивший эту зависимость для районов Сибири, считал ее пропорциональной степени в три с половиной. В.М. Котляков (1961 г.) для различных видов метелей и твердости поверхности снежного покрова эту зависимость установил в степенях от 2,2 до 5,1.

По данным В.М. Котлякова (1961 г.), В. Фуксом установлено, что интенсивность переноса снега пропорциональна четвертой степени скорости ветра, а Г. Лильеквистом - пропорциональна пятой степени скорости ветра.

5.5. Снежный баланс различных участков местности

За зимний период на каждую единицу площади выпадает определенное количество твердых осадков X_в. Кроме того, на каждой единице площади появляется добавочное количество осадков X_к, образующихся вследствие конденсации водяного пара на холодной снеговой поверхности. Это добавочное количество осадков представляет собой иней и изморозь, оседающие из приземного слоя воздуха на снеговой покров, а также на ветви деревьев. И, наконец, на данную единицу площади может быть принесен снег с соседних участков X_п.

Однако все эти осадки никогда не остаются полностью на месте. Прежде всего некоторая часть их X_д во время выпадения задерживается на ветвях деревьев. Затем некоторая часть Z испаряется (испарение с поверхности снежного покрова, находящегося в статическом неподвижном состоянии). Испарение это имеет место и при отрицательных температурах и довольно значительное. По данным Е.Д. Сабо (1956 г.), в условиях Сарнинского района Волгоградской области в течение зимы 1951 - 1952 гг. испарилось 49 % от максимальных запасов воды в снеге, а в течение зимы 1952 - 1953 гг. - 50 %. Испарение снега имеет место даже при температурах -20 °С и ниже.

При наличии зимних дождей и сильных оттепелей часть осадков W стекает в виде воды в пониженные места или впитывается в почву. На открытых участках местности под воздействием ветра часть осадков У будет снесена с данной площади и на месте останется только часть осадков X_о.

Отсюда уравнение снежного баланса различных участков местности будет следующим:

X_в + X_к + X_п = X_о + X_д + Z + W + У                                            (1)

Для сплошного леса X_п и У равна нулю, а для открытой местности равно нулю X_д. На открытой местности также могут оказаться равными нулю X_п и X_о, если весь выпавший и принесенный на данную элементарную единицу площади снег будет снесен ветром. Такое явление часто имеет место на небольших возвышениях и даже на ровном месте. Наоборот, в пониженных местах или у небольших местных препятствий (трава, стерня, отдельные кущи кустарника, кочки и т.п.) до полного заполнения впадины или препятствия У может оказаться равным нулю, а X_п и X_о значительно возрастут. При отсутствии зимних дождей и сильных оттепелей W будет равно нулю.

Если количество выпавших, конденсирующихся и принесенных осадков обозначить через X, т.е.

X_в + X_к + Х_п = X,

то                                             (2)

т.е. остающиеся на месте и на деревьях, испаряющиеся, стекающие в виде воды или просачивающиеся в почву и сносимые доли осадков составляют в сумме единицу.

Остающиеся на месте доли осадков  назовем коэффициентом снегоостатка. Этот коэффициент характеризует ту долго от общего количества осадков за данный отрезок зимнего периода, которая осталась на месте. Аналогично предыдущему долю  называют коэффициентом испарения, а долю  - коэффициентом снегосноса (коэффициентом сдувания).

Стекающую в виде воды и просачивающуюся в почву долю  можно отнести к величине снегосноса, но мы разделили эти доли сносимых осадков только потому, что нас интересуют осадки, идущие на образование снегозаносов, а в этом деле участвуют только осадки в твердом виде, сносимые и переносимые в виде снега, а не в виде воды, образовавшейся от таяния снега.

5.6. Условия и принципы сноса и переноса снега

Снос снега происходит не со всякой поверхности: его не бывает в достаточно густом лесу или высоком, густом кустарнике, при температуре 0° и выше и при наличии достаточно мощной ледяной корки на поверхности снежного покрова.

Перенос снега происходит небесконечно. Этот перенос прерывается различными препятствиями, имеющимися на пути переноса и задерживающими переносимый снег. Такие препятствия, как показали наблюдения, следует подразделять на две основные группы: граничные и местные.

К числу граничных препятствий относятся такие, которые в течение всего зимнего периода задерживают приносимый к ним снег и не пропускают его дальше. К числу местных - такие, которые задерживают приносимый к ним снег только временно, до полной заработки самого препятствия, после чего переносимый снег свободно обтекает эти препятствия и уносится дальше.

Естественными граничными препятствиями являются: полоса леса или кустарника достаточной ширины, овраги или балки достаточной ширины и глубины, местные возвышенности в виде гряд или цепи холмов достаточной высоты и обрывистости, русла рек и озера достаточной ширины и с достаточно высокими берегами, населенные пункты с достаточной плотностью застройки и т.п.

Естественными местными препятствиями являются: отдельные деревья или кустарники или небольшие кущи из них; небольшие местные понижения местности, канавы, рвы, траншеи; небольшие местные возвышения, кочки, холмики, валики; небольшие речки и ручьи с малой шириной русла и с низкими берегами; стерня, пашня, озимые и оставшаяся неубранной трава; отдельные постройки и т.п.

Граничные и местные препятствия могут быть созданы и искусственно. Граничные препятствия являются границами переноса снега, местные - только лишь снижают объем переносимого снега. Поэтому участок местности между двумя граничными препятствиями будем называть «участком снегопереноса», а расстояние от одного граничного препятствия до другого, считая по направлению господствующих ветров, - «длиной полосы снегопереноса». Длина этой полосы, в зависимости от района проложения дороги и расстояния от дороги до естественных граничных препятствий, может быть и в несколько десятков метров, и в несколько десятков километров (степи, полупустыни и пустыни Кустанайской, Целиноградской, Павлодарской, Актюбинской, Гурьевской и др. областей).

Следовательно, к дороге может быть принесен снег только с этой полосы. В уравнении снежного баланса эта величина обозначена индексом У. Поэтому, если рассматривать открытый и ровный участок местности, то, казалось бы, что снесенная с некоторой площади часть твердых осадков У должна затем подвергаться переносу и в результате этого достичь некоторого рубежа, например, дороги. Таким образом, весь снесенный снег при отсутствии на пути его движения препятствий должен переноситься без изменения объема независимо от расстояния переноса. Заметим, что до недавнего прошлого многие исследователи так именно и представляли себе явление сноса и переноса снега.

Однако действительность показывает, что это не так. К дороге всегда приносится снега меньше, чем его снесло со всего прилегающего к ней участка местности. И это правильно даже в том случае, если местность перед дорогой безусловно ровная (например, большое озеро) и на пути переноса нет никаких препятствий.

Конечно, исходной величиной для определения объема снега, приносимого к дороге (объема снегоприноса), должна быть та часть твердых осадков У, которая сносится с каждой площади. Но к дороге эта часть осадков никогда полностью не приносится.

Прежде всего часть осадков у₁ во время переноса вообще теряется за счет интенсивного испарения (возгонки), а также измельчения и превращения в «алмазную пыль», как установлено А.К. Дюниным (1958 г.), которая переносится на сравнительно большой высоте и на большие расстояния, не попадая к дороге.

Другая часть у₂ откладывается при переносе даже на ровном месте. Третья часть у₃ идет на заполнение местных углублений и откладывается у местных, возвышающихся препятствий, к которым относятся трава, стерня, небольшие взбугрения, кочки и т.п. Достигает дороги только

у₄ = У - (у₁ + у₂ + у₃).                                                        (3)

Рассмотрим схему переноса снега, снесенного с некоторой единицы площади, при условии, что переносится только эта часть и ее пополнение при проносе через все последующие подобные единицы площади исключено (перенос изолированной массы снега). В этом случае снесенная масса снега У непрерывно будет убывать во время переноса и через некоторое расстояние l (рис. 8) останется только часть

у₄ = У - (у₁ + у₂ + у₃),

но пока еще у₄ > 0.

Рис. 8. Схема переноса изолированной массы снега

С дальнейшим увеличением расстояния переноса при некотором предельном значении этого расстояния (см. рис. 8) потери снега при переносе окажутся равными первоначально снесенной массе снега, т.е. у₁ + у₂ + у₃ = У. Тогда у₄ = 0, т.е. весь снесенный с единицы площади снег как бы растеряется во время переноса.

Действительно, если расстояние переноса L разобьем на n одинаковых частей и примем, что потери снега при переносе у₁ + у₂ + у₃ возрастают по прямой линии,

то на 1-й части                                                     

на 2-ой части                                                        

на n-й части                                                          

Предельное расстояние переноса L, при превышении которого у₄ оказывается равным нулю, назовем дальностью переноса снега. Очевидно, что это расстояние зависит от конкретных местных условий и метеорологических факторов. На ровных открытых участках степей и тундр при низких температурах, больших скоростях ветра и малых дефицитах влажности воздуха дальность переноса снега будет наибольшей, а при сильно изрезанной местности и сравнительно небольших отрицательных температурах, небольших скоростях ветра и больших дефицитах влажности воздуха дальность переноса снега будет наименьшей (А.К. Дюпин, 1958 г.).

В реальной обстановке переноса изолированной массы снега никогда не бывает - в действительной обстановке снос снега происходит с полосы большой длины, представляющей собой большое множество расположенных друг за другом единиц площадей. В этом случае потеря снега с одной единицы площади будет непрерывно пополняться за счет сноса с другой, причем это пополнение до достижения предельного расстояния L (дальности переноса) будет превышать потери, а у₄ непрерывно возрастать (рис. 9). Когда же расстояние переноса превысит L, то пополнение уравновесится с потерями, и количество переносимого снега у₄ (как это видно из рис. 9) становится постоянным. Нарастание у₄ в пределах дальности переноса L должно происходить по выпуклой кривой.

Рис. 9. Зависимость количества переносимого снега от дальности переноса

Действительно, если расстояние переноса L разобьем на n одинаковых частей и примем, что сносимая величина с каждой такой части одинакова и равна У, а потери при переносе у₁ + у₂ + у₃ линейно возрастают пропорционально расстоянию, то

на 1-й части                                                          

на 2-й части                                                          

на 3-й части                                                          

на n-й части                                                          

В общем виде на любой К-й части, находящейся в промежутке от 1-й до n-й части,

                                                      (4)

Правая половина этого уравнения ясно показывает, что ее точки располагаются по выпуклой кривой. Это наглядно видно из графического построения величины у₄ в зависимости от длины полосы снегопереноса l на рис. 9. На этом рисунке видно, что до расстояния L у₄ возрастает по выпуклой кривой, а при превышении L у₄ становится постоянной величиной.

Нами на это явление было указано в работе 1961 года. Предельное расстояние переноса снега L, при превышении которого у₄ оказывается равным нулю, было названо «дальностью переноса снега».

А.К. Дюниным в 1963 г. также было указано на данное явление. Та часть снегосборного бассейна, которая принимает участие в приносе снега к дороге, была названа им «эффективная снегосборная зона».

Установлением дальности переноса снега занимался ряд исследователей. Принятые ими дальности переноса снега приведены в таблице 13.

Таблица 13

Из предыдущего вытекает еще одно важное положение. Во время снегопереноса с любой площади, при любых условиях, весь снесенный с нее снег У никогда не может быть полностью принесен к какому-либо участку дороги. Потери снега при переносе у₁, у₂ и у₃ всегда имеют место и потому количество принесенного снега у₄ всегда будет меньше У, т.е.

у₄ < У.

Теперь еще об одном важном факторе - насыщенности ветроснегового потока.

Интенсивность снегопереноса (твердый расход ветроснегового потока), как указано выше, зависит от того участка полосы снегопереноса, по которому происходит перенос снега. Однако это хотя и немаловажный, но все же далеко не существенный фактор, влияющий на интенсивность снегопереноса. На последнюю также оказывают влияние наличие снега, его плотность, температура снега, температура воздуха, наличие твердой настовой корки, шероховатости поверхности снежного покрова, скорости ветра, изменчивости в его скоростях и направлениях, наличие местных препятствий, степени загрязнения снега и ряда других.

Все эти факторы вместе и в отдельности могут привести, чаще всего и приводят к тому, что при определенной, скорости ветра, при которой возможен снос и перенос снега, последний может иметь величину или равную единице от возможной интенсивности снегопереноса, быть меньше ее или даже быть равной нулю.

Во многих равнинных районах Казахстана, Алтайского края, юго-востока европейской части СССР можно видеть голые от снега поля не только в начале зимы, по даже и в более позднее время. Конечно, с такого участка не может быть сноса, а отсюда и переноса снега.

Или взять такие районы, как Бурятская АССР, Читинская область, Дальний Восток, Зайсанская равнина Восточно-Казахстанской области и ряд других, где выпадает малое количество снега. Конечно, в этих районах интенсивность снегопереноса очень часто может быть много меньше единицы и даже может быть равной нулю.

Все это говорит о том, что интенсивность снегопереноса весьма изменчива даже при некоторой определенной скорости ветра, и не учитывать этого фактора при определении объема снегоприноса нельзя.

Условия, определяющие ту или иную интенсивность снегопереноса на одном и том же участке снегопереноса, всегда бывают различными. Это различие приводит к тому, что интенсивность снегопереноса в одно и то же время и при одинаковой скорости ветра будет различной даже на двух параллельных полосах снегопереноса, отстоящих одна от другой буквально на несколько метров. Причем, различие это будет иметь место как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Следует отметить, что в вертикальной плоскости различие в интенсивности снегопереноса всегда имеет место даже при всех одинаковых условиях снегопереноса и на одной и той же полосе снегопереноса. В нижних слоях ветроснегового потока эта интенсивность всегда больше, чем в более верхних.

Следует отметить также, что при отсутствии снегопада перенос снега происходит на сравнительно небольшой высоте от земли, измеряемой несколькими метрами. Чаще всего эта высота принимается для расчетов за 2 м, хотя, конечно, перенос снега имеет место и на значительно большей высоте, а именно до 5 м.

5.7. Отложения переносимого снега

Выше установлено, что единственным фактором, вызывающим отрыв и затем перенос снега, является ветровой поток и что чем больше скорость ветра, тем большая масса снега отрывается и переносится. Отсюда вытекает, что при снижении скорости ветра уменьшается и отрыв и, что более важно, переносимая масса снега.

Опытами установлено, что насыщение ветрового потока снегом при увеличении скорости ветра происходит не мгновенно, а на протяжении некоторого интервала времени. Выпадение же переносимого снега из ветроснегового потока при уменьшении скоростей ветра происходит почти мгновенно. При этом масса переносимого снега уменьшается пропорционально.

где V_н - начальная скорость ветроснегового потока;

V_и - изменившаяся, уменьшенная скорость ветроснегового потока;

n - показатель степени, по данным различных исследователей для разных условий, колеблется в пределах от 2 до 5 (см. выше).

Таким образом, даже небольшое снижение скорости ветроснегового потока приводит к значительному выпадению снега из этого потока и его отложению.

Уменьшение скорости ветроснегового потока происходит как в связи с порывистостью, быстрыми изменениями скорости и направления ветра на ровном месте, так и в связи со встречей преград и углублений, вызывающих снижение скоростей ветроснегового потока.

Отложения переносимого снега на ровной поверхности. Наблюдения при помощи приборов, регистрирующих мгновенные значения скорости и направления ветра, показывают, что в большинстве случаев они не остаются постоянными, а непрерывно изменяются в тех или иных пределах. Этими наблюдениями установлено, что изменения скорости ветра на различных высотах от земли происходят неодинаково. Над самой поверхностью земли (на высоте до 2-х метров) изменения скорости ветра происходят беспрерывно и в довольно больших пределах. В течение одной секунды скорость ветра меняется в ту или другую сторону на 5 - 6 м/сек. Наибольшие изменения скорости ветра записаны на высоте 190 м от земной поверхности, где за одну секунду они достигают 10 м/сек. Более плавные изменения скорости ветра были записаны на высоте 250 м от поверхности земли.

Резкие изменения скоростей ветра происходят не только в больших толщах воздуха, но и в значительно меньших. Так, например, в слое высотой от поверхности земли 1,5 м скорость ветра в верхней части слоя может быть в одну и ту же секунду больше приземной на 1 - 3 м/сек. Подобные изменений скорости ветра на полосах малой ширины (в 3 - 5 м) происходят и в горизонтальном направлении.

Эти явления, как известно, называются порывистостью ветра, которая достигает наибольшей силы всегда у самой земной поверхности и с высотой чаще всего уменьшается.

Порывистость изменения скорости и направления ветра создает порывистость в движении ветроснегового потока и вызывает обратные течения и завихрения этого потока. Такая изменчивость в движении ветроснегового потока приводит к моментам, когда скорость, особенно в нижнем слое, падает до величины, недостаточной для дальнейшего передвижения частиц снега, и они останавливаются. Осевшая же при переносе частица снега может быть приведена в движение только при значительно более сильном ветре.

Отложения переносимого снега на ровной открытой поверхности большой площади происходят ровным, увеличивающимся по толщине слоем.

Отложения переносимого снега на ровной поверхности оказывают значительно большее влияние на плотность снега, чем непосредственное воздействие ветра. Образование на поверхности снежного покрова, в результате прошедшей метели или поземки, очень плотной корки (часто мощностью до 10 см и более), носящей название «ветровой наст» или «ветровая доска», происходит, в основном, не за счет уплотняющего воздействия ветра, а за счет измельчения и отложения переносимого снега. Образованию этой корки помогает и непосредственное воздействие ветра на поверхность снежного покрова, но в меньшей степени, чем непосредственное отложение переносимого снега.

Отложения переносимого снега в выемках. Проходя поперек выемки, ветровой поток не испытывает никакого сжатия, и его скорость при проходе через выемку не может быть больше скорости на подходе к ней.

С другой стороны, ветровой поток, проходя через выемку, увлекает за собой, благодаря внутреннему трению и вязкости, находящиеся в выемке массы воздуха. В связи с этим воздух из выемки в известной степени выдувается, воздушная среда расширяется и скорости ее несколько падают.

Рис. 10. Эпюра относительных скоростей и направлений ветрового потока в глубокой выемке

На рис. 10 и 11 приведены данные опытов, проведенных над моделями глубоких выемок в аэродинамической трубе И.В. Смирновым (1926 г.) и Б.В. Ивановым (1954 г.). Рисунки эти показывают, что при проходе ветрового потока через выемку в ней образуется зона циркуляции. Линией, соединяющей бровки выемки (на рис. 11 обозначена 0), эта зона делится как бы на две части: верхнюю и нижнюю. В верхней части движение ветрового потока в ту же сторону, что и в поле, однако скорости над линией раздела меньше, чем полевые.

Рис. 11. Эпюра относительных скоростей в глубокой выемке

В нижней части движение ветрового потока в обратную сторону по отношению к нолю; скорости также уменьшаются и к центру зоны, и к подветренному откосу. В связи с этим снежинки, попавшие в данную зону циркуляции, под действием силы тяжести будут падать, причем движение при падении в верхней части зоны будет происходить в ту же сторону, что и движение ветрового потока в поле, а в нижней - в обратную сторону. Таким образом, если снежинка пересечет линию, соединяющую бровки выемки, то она уже никак не может быть вынесена из выемки, а должна в ней отложиться. Примерный путь снежных частиц при попадании их в зону циркуляции в пределах выемки показан на рис. 12.

Рис. 12. Путь снежных частиц при попадании их в зону циркуляции в выемке. 10,5 - 10,8 - скорость передвижения воздушных струй (м/сек)

Чтобы окончательно установить место отложений снежинок в выемке, необходимо установить, на каком расстоянии от бровки выемки снежинка пересечет линию, соединяющую бровки выемки. На рис. 13 приведены графики расстояний, пролетаемых снежинками при падении в зависимости от начальной скорости V₁ и высоты падения h (И.Г. Легченко, 1953 г.).

Рис. 13. Графики расстояний, пролетаемых снежинками при падении в зависимости от начальной скорости V₁ и высоты h

Этот рисунок показывает, что даже при высоте падения h = 0,3 м (а это высота, на которой переносится основная масса снега) и при скорости V₁ = 20 м/сек снежинка пролетает расстояние в 7,5 м. Поскольку же ширина выемки по верху при полуторных откосах и на дорогах V категории и даже при глубине 0,5 м равна 13,5 м, то вся эта основная масса снега не может быть перенесена даже через такую выемку и обязательно отложится в ней.

Снег при попадании в выемку с полуторными откосами, как показывает рис. 14, вначале откладывается на подветренном откосе, затем отложения продвигаются к наветреннему откосу и при достаточном объеме приносимого снега могут заполнить всю выемку.

Рис. 14. Последовательность отложений приносимого снега в глубокой выемке (буквами показан порядок последовательности отложений)

Зона циркуляции в выемках с полуторными откосами происходит в результате срыва струи воздуха на подветренной бровке выемки. Но если выемку сделать обтекаемой, например, с весьма пологими откосами, то срыва струи не будет, и ветровой поток будет плавно обтекать выемку. Рис. 15 показывает, что такое плавное обтекание будет происходить только при уклоне откосов выемки не менее 1:6. Однако рис. 15 показывает также, что какова бы ни была выемка, раскрытая или нераскрытая, общая схема прохода ветрового потока поперек любой выемки остается неизменной - проходя через выемку с любой пологостью откосов, ветровой поток не испытывает никакого сжатия. Наоборот, проходя через выемку, ветровой поток расширяется и отсюда, как следствие,, его скорость снижается и снижается до 0,7 от полевой. А такое снижение, как показали наблюдения, приводит к тому, что при полевой скорости ветра в 7 м/сек над проезжей частью в выемке откладывается примерно 62 % от общей массы переносимого снега, при скорости ветра в 10 м/сек - 55 % и при скорости ветра 15 м/сек - 50 %.

Рис. 15. Аэродинамические поперечники относительных скоростей, ветрового потока при обтекании выемок с различной пологостью откосов (по данным Б.В. Иванова)

Отложения снега в такой выемке, как это показывает рис. 16, происходят широким слоем, но вначале ближе к подветреннему откосу, а затем при достаточном объеме могут заполнить всю выемку.

Рис. 16. Последовательность отложений снега в мелкой, раскрытой выемке

Отложения переносимого снега у сплошных возвышающихся препятствий. Лабораторные исследования движения ветрового потока у моделей сплошного вертикального забора (А.И. Морошкин, 1934 г.), показали, что движущийся поток воздуха, приближаясь к препятствию, постепенно изменяет направление своих струй - они перестают быть горизонтальными, отклоняются вверх и обтекают препятствие (см. рис. 17). Скорости ветрового потока в верхних слоях увеличиваются, а в нижних - уменьшаются, и у самой поверхности земли, недалеко от препятствия, становятся равными нулю (см. рис. 18).

Рис. 17. Направление струй ветрового потока у сплошного препятствия

Рис. 18. Скоростные спектры ветрового потока у сплошного препятствия

Перевалив через препятствие, ветровой поток как бы раздваивается: верхние его слои движутся по направлению ветра, нижние, наоборот, против направления ветра (см. рис. 17), в связи с чем за препятствием образуются две зоны ветрового потока. На раздельной линии этих зон скорости ветрового потока наименьшие и даже могут быть равными нулю (см. рис. 18). Скорости ветрового потока в верхней зоне увеличиваются по мере удаления от раздельной зоны. Скорости в этой зоне увеличиваются в начале и по удалению от препятствия, а затем снижаются и на некотором расстоянии от препятствия становятся равными первоначальной, полевой скорости.

Скорости ветрового потока в нижней зоне наименьшие у самого препятствия. По удалению от него скорости возрастают, но по абсолютной величине не превышают 0,5 от первоначальной, полевой скорости.

Рис. 19. Путь снежных частиц в ветровом потоке у сплошного препятствия. 10,28 - скорость передвижения воздушных струй

Путь движения снежных частиц в ветроснеговом потоке перед сплошным возвышающимся препятствием и за ним показан на рис. 19. Наблюдения над отложениями переносимого снега у таких препятствий показали, что (см. рис. 20) вначале эти отложения имеют место только перед препятствием, затем по мере роста отложений перед препятствием отложения снега начинаются и за препятствием и продолжаются до тех пор, пока перед препятствием не будет заполнена зона пониженных скоростей, а за препятствием - зона обратного движения ветрового потока. После заполнения этих зон снег через занесенное препятствие переносится беспрепятственно и не отлагается.

Рис. 20. Отложения снега у сплошного препятствия

При встрече ветроснегового потока с насыпями с полуторными и тройными уклонами откосов с направлениями ветрового потока и со скоростями происходит то же, что и при встрече со сплошными вертикальными препятствиями - переносимый снег вначале откладывается перед насыпью, а затем и за насыпью. Таких отложений переносимого снега не будет только тогда, когда откосы насыпи будут положе 1:6 - 1:8.

Отложения переносимого снега у решетчатых возвышающихся препятствий. Ветровой поток у решетчатых возвышающихся препятствий претерпевает более сложные изменения, чем у сплошных. Вызывается это тем, что ветровой поток, подходя к решетчатому препятствию, делится на две части: одна часть, испытывая тормозящее действие препятствия, обтекает его, а другая проходит через просветы препятствия, не огибая его.

Величина каждой из этих частей зависит от просветности препятствия: чем больше просветность, тем больше часть, проходящая в отверстия, и тем, следовательно, меньше часть, огибающая препятствие.

Тормозящее действие решетчатого препятствия вызывает некоторое снижение скорости подходящего к нему ветрового потока (см. рис. 21).

Рис. 21. Поведение ветрового потока у решетчатых препятствий по мере отложений у них снега

Часть ветроснегового потока, проходящая в отверстия, испытывает сжатие и в связи с этим приобретает увеличение скорости. Но по выходе из отверстий этот поток вновь расширяется и уже значительно теряет свою скорость. Затем по достижении некоторой минимальной скорости ветроснеговой поток под воздействием огибающей части потока начинает постепенно увеличивать свою скорость и на определенном расстоянии от препятствия его скорость вновь становится равной полевой, первоначальной (см. рис. 21).

Первоначальные отложения переносимого снега в небольшой части происходят перед препятствием. Отложения снега за решетчатым препятствием в начальный период происходят не у самого препятствия, а на некотором отдалении от пего, именно в том месте, где ветроснеговой поток имеет наименьшие скорости. Начальное отложение снега, увеличиваясь в высоту, само становится препятствием и откладывает за собой снег как сплошное препятствие. По мере работы препятствия снегом заполняется как пространство между ним и начальным отложением, так и вся длина зоны циркуляции, образующейся за начальным отложением снега, как за сплошным препятствием.

Рис. 22. Последовательность, место и формы отложений снега у решетчатого препятствия с просветностью 35 - 50 %

Последовательность, место и форма отложений снега у решетчатого препятствия зависят от его просветности. На рис. 22 приведены зарисовки последовательности, места и формы отложений снега у решетчатого препятствия с наиболее часто встречающейся просветностью 35 - 50 %. При просветности до 25 - 30 % работа решетчатого препятствия мало отличается от работы сплошного препятствия, и отложения снега в этом случае происходят почти так же, как и у сплошного препятствия. При просветности 60 - 75 % первоначальное отложение за препятствием принимает вытянутую форму, но конечный результат получается таким же, как и при просветности 35 - 50 %. При просветности более 75 - 80 % снижение скорости ветроснегового потока настолько мало, что из пего у препятствия выпадает незначительное количество наиболее крупных частиц снега, а остальная часть уносится дальше, за пределы воздействия препятствия.

6. СНЕГОЗАНОСИМОСТЬ ДОРОГ

6.1. Определение понятия «снегозаносимость дорог»

Перед рассмотрением вопроса о снегозаносимости различных участков дорог оказалось необходимым дать определение этому понятию. В имеющейся литературе и официальных документах это понятие нередко толкуется неправильно. Например, в некоторых даже официальных документах снегозаносимость дороги принимается равнозначной объемам приносимого к дороге снега.

Ошибочность такой трактовки очень легко установить. Всеми исследователями принимается, что если дорога проходит насыпями высотой более 4 м, то она незаносима при любых объемах приносимого к дороге снега. И, наоборот, если дорога проходит выемкой с полуторными откосами и глубиною до 1 м, то она заносима при любых объемах приносимого к дороге снега. Следовательно, снегозаносимость какого-либо участка дороги нельзя определять только по объему приносимого к этому участку дороги снега - на снегозаносимость оказывают влияние и другие факторы.

Под снегозаносимостью какого-либо участка дороги следует понимать возможность или невозможность отложений приносимого ветром с окружающей местности снега на проезжей части и обочинах при отсутствии на последних или вблизи них препятствий, могущих задержать приносимый снег (снежные валы, нескошенная трава, кустарник, штабеля материалов и т.п.).

Необходимо отметить также, что возможность снегозаносимости проезжей части и обочин на насыпях высотою ниже 4 м, а также выемок глубиною более 1 м будет различной и в первом случае зависит от возможной высоты снегового покрова и объема приносимого снега, а во втором случае - от глубины выемки, пологости ее откосов и объема приносимого снега.

6.2. Снегозаносимость выемок

Снегозаносимыми являются те выемки, в которых отложения переносимого снега происходят не только на подветренном откосе и над подветренным кюветом, но и на подветренной обочине и на проезжей части дорог.

В выемках с любой пологостью откосов приносимый снег вначале откладывается на подветренном откосе, а затем, постепенно продвигаясь, заполняет проезжую часть и наветренный откос, т.е. заполняет всю выемку. Следовательно, снегозаносимой будет такая выемка, где переносимый снег может заполнить подветренную обочину и проезжую часть. Незаносимой же будет выемка такой глубины и при таком объеме приносимого снега, когда отложения этого снега будут занимать только подветренный откос и подветренный кювет, а на обочинах и на проезжей части отложений переносимого снега не будет.

Следовательно, незаносимой будет та выемка, у которой

Q_ок ≥ Q_п + Q_с,                                                            (5)

где Q_ок - объем снега, возможный к отложению на откосе и над подветренным кюветом, м³/м;

Q_п - возможный объем приносимого снега в течение зимнего периода, м³/м;

Q_с - возможный объем снега на откосе и в кювете при снегопадах, м³/м.

Отсюда вытекает, что незаносимой может быть выемка, если ее глубина такая, что на подветренном откосе и над подветренным кюветом может отложиться весь приносимый к выемке снег с учетом снега и от спокойных снегопадов.

Необходимо, однако, отметить, как указано в ряде источников, что незаносимость снегом выемок может быть обеспечена или принятием пологих откосов выемок (раскрытие выемки, см. рис. 23) или разделкой выемок под насыпь (см. рис. 23), обеспечивающих необходимую обтекаемость выемок. Раскрытие выемок или разделку их под насыпь эти источники ставят в зависимость только от одного фактора - от глубины выемок. В действительности же рациональность данного мероприятия зависит от ряда факторов и прежде всего от объема приносимого к данному участку дороги снега. В связи с этим автором еще в 1961 г. было рекомендовано учитывать и этот фактор, и раскрытие мелких выемок или разделку их под насыпь для целей снегоборьбы производить только в том случае, если к данному участку дороги за зиму приносит не более 50 м³/м снега. При достаточном наличии роторных снегоочистителей раскрытие мелких выемок можно производить и при объемах снегоприноса до 100 м³/м.

Эта рекомендация автора была основана на том, что, согласно теоретическим исследованиям А.X. Хргиана (1934) и лабораторным Б.В. Иванова (1954 г.), ветровой поток при проходе через выемку с любой пологостью откосов претерпевает расширение, в связи с этим в нем происходит снижение скоростей, и снижение это тем меньше, чем положе откосы выемки. Однако даже при практически полном обтекании раскрытой или разделанной выемки (при уклонах откосов 1:6) скорости ветрового потока над поверхностью земли на оси пути составляют примерно 0,7 от полевой. Подтверждается это и более поздними исследованиями.

Рис. 23. Раскрытые выемки или разделанные под насыпь

Снижение же скорости ветра приводит к выпадению из ветроснегового потока части переносимого снега. Так, при снижении скорости ветра на 0,7 от полевой из ветроснегового потока будет выпадать:

при полевой скорости 7 м/сек - 62 % от общей массы переносимого снега;

при полевой скорости 10 м/сек - 55 % от общей массы переносимого снега;

при полевой скорости 15 м/сек - 50 % от общей массы переносимого снега.

Следовательно, ориентировочно можно принять, что половина от всего приносимого к раскрытой или разделанной выемке снега будет откладываться в ней, и чем больше будет приноситься к выемке снега, тем она быстрее будет заноситься.

Так, в районах, где объем снегоприноса за зиму не превышает 50 м³/м, обычно бывает в среднем 5 метелей. Принимая продолжительность этих метелей одинаковой, за одну метель к выемке принесет 10 м³/м, а отложится в выемке 5 м³/м снега. Длина полосы отложений снега в раскрытой выемке (откосы, надкюветные пространства и ширина земляного полотна) при глубине ее в 1 м будет равна 38 - 17,5 м, толщина отложившегося при этом снега над проезжей частью дороги будет 14 - 28 см. Движение по такому слою снега уже затруднено и даже просто невозможно и потому откладывающийся снег необходимо все время убирать. Следовательно, все раскрытые или разделанные под насыпь выемки при любом объеме приносимого к ним снега являются снегозаносимыми. Такие выемки только лишь уменьшают интенсивность снегозаноса, но не устраняют его.

6.3. Снегозаносимость нулевых мест и насыпей

Нулевые места и насыпи высотою менее толщины образующегося рядом снежного покрова представляют собою мелкие выемки и потому заносятся переносимым снегом так же, как такие выемки.

Насыпи высотою большей образующегося рядом снежного покрова уже по-иному воздействуют на ветровой поток. В этом случае ветровой поток, подходя к насыпи, испытывает сжатие, и скорости его при переходе через насыпь увеличиваются. Это увеличение скорости над насыпями разной высоты, по данным Б.В. Иванова (1954 г.), приведено в таблице 14.

Таблица 14

Наблюдениями установлено, что на высоте до 2 м над поверхностью земли беспрерывно происходят изменения скорости ветра. Изменения эти даже за долю секунды могут быть по абсолютной величине до 3 м/сек в ту или другую сторону.

Минимальная скорость над поверхностью земли, при которой уже возможен перенос снега, находится в пределах 1,4 - 2,1 м/сек. Следовательно, чтобы обеспечить обязательный перенос снега по верхней плоскости насыпи, скорость над подветренной бровкой насыпи должна быть не менее 5,1 м/сек, а над наветренной - не менее 6,1 м/сек. Какие при этом должны быть скорости ветра над поверхностью земли в поле и по флюгеру, показано в таблице 15.

Таблица 15

Таким образом, для полного обеспечения переноса снега по верхней плоскости насыпи, оказывается, нужны довольно большие скорости ветра, причем, чем меньше высота насыпи, тем нужна большая скорость, т.е. с уменьшением высоты насыпи повышается вероятность отложения на ней переносимого снега.

Пока перенос снега через насыпь рассматривался как чистое явление без учета влияния движения транспорта и очистки проезжей части и обочин от снега. В действительной обстановке проявляются и эти два фактора. Движение создает дополнительные препятствия переносу снега по верхней плоскости насыпи, вызывая образование мелких снежных гребешков и особенно колей в выпавшем слое снега. Очистка снега с проезжей части и обочин устраняет эти препятствия. Но и сама снегоочистка при неправильном ее проведении может стать фактором, создающим дополнительные препятствия для переноса снега (создание снежных валов по краям очищаемой полосы). Следовательно, нужно учитывать и этот фактор.

Кроме того, и это часто имеет место, препятствиями переносу снега по верхней плоскости насыпи могут быть всевозможные предметы, находящиеся на обочинах, на бровке или на откосе насыпи, или даже на придорожной полосе. К ним относятся штабеля материалов на обочинах; трава, бурьян, кустарник на бровке насыпи или на ее откосах; группы деревьев, заборы, отдельные строения, расположенные на таком расстоянии от проезжей части, что откладываемый ими снег ложится на дорожное полотно.

Зарегистрировано много случаев и неправильного расположения снегозащитных лесонасаждений, щитов и заборов по отношению к дорожному полотну. Недостаточное их расстояние от дорожного полотна приводит к отложению снега этими снегозадерживающими устройствами на проезжей части дорог.

6.4. Снегозаносимость различных форм рельефа местности

Движение воздуха относительно неровностей земной поверхности (возвышенности, холмы, долины, овраги, террасы) воспроизводит в крупном масштабе примерно те же изменения в ветровом потоке, что и у сравнительно небольших препятствий (насыпи, выемки). Неровности земной поверхности вызывают в ветровом потоке образование вихрей и самостоятельных циркуляций воздуха (зоны циркуляции), развивающихся, главным образом, в подветренной части неровности, а переломы рельефа образуют уменьшение или увеличение сечения ветрового потока, и, как результат этого, уменьшение или увеличение его скоростей.

На рис. 24 на подветренном откосе видна зона циркуляции ветрового потока. Пунктиром обозначен путь перелета воздушного шара через высокую гряду с достаточно крутым подветренным склоном. Как видно из этого пунктира, шар до вершины гряды следовал общему направлению ветрового потока, а перевалив вершину и попав в зону циркуляции, сделал три петли, после чего приземлился.

Рис. 24. Образование на подветренном склоне возвышенности зоны циркуляции

Позади леса, как это показано на рис. 25, также образуется зона циркуляции, вызывающая обратное направление воздушных струй в нижнем слое и значительное снижение скорости их движения.

Рис. 25. Образование зоны циркуляции за густым лесом

Зона циркуляции воздуха образуется и в котловинах. На рис. 26 пунктиром изображен путь подъема воздушного шара со дна большой котловины. Как показывает линия пунктира, шар, поднимаясь, вначале отклонился против направления ветра над котловиной, затем, попав в слой воздуха над котловиной, переменил направление своего полета и последовал за ветровым потоком. Такой путь воздушного шара показывает, что ветровой поток, проходя над котловиной, вызывает в ней зону циркуляции.

Рис. 26. Образование в котловине зоны циркуляции под воздействием проходящего над ней ветрового потока

На изменение скоростей ветрового потока, вызываемом переломами рельефа, показывают рис. 27 и 28. Здесь видно, что нижние слои ветрового потока почти полностью следуют изгибам неровностей, а верхние слои - уже в достаточно слабой степени. Эти изгибы показывают, что между вершинами холмов и верхними, слабо деформированными слоями ветрового потока, проходит увеличенное количество воздуха. В связи с этим скорость ветра на вершинах холмов будет значительно больше, чем в понижениях между холмами.

Рис. 27. Движение различных слоев ветрового потока при обтекании отдельно стоящей возвышенности (гряды, холма)

Рис. 28. Движение различных слоев ветрового потока при обтекании ряда расположенных друг за другом возвышенностей (гряд, холмов)

В понижениях между возвышенностями (холмами) будет проходить, наоборот, уменьшенное количество воздуха, в связи с чем скорости ветрового потока здесь будут значительно снижены.

Измерения скоростей ветрового потока на вершинах возвышенностей и у оснований подтверждают это положение.

Данные замеров скоростей ветрового потока над дюнами и у их оснований приведены в таблице 16 (П.А. Молчанов, 1938 г.).

Разность высот, на которых производились измерения, составляла 5 м.

Таблица 16

Из этой таблицы видно, что даже при больших скоростях разность в скорости над дюнами и у их основания составляла 20 %, а в абсолютных значениях эта разница составляла 3,2 м/сек.

При большей разнице в отметках вершины возвышенности и ее основания эта разница может быть также значительно больше. Так, например, замеры скорости ветра, произведенные в одно и то же время у подножия и на вершине одной, сравнительно невысокой, горы показали, что эта скорость перед горой была 9 м/сек, на вершине горы - 22 м/сек и за горой - 14 м/сек.

Разное воздействие различных форм рельефа местности на ветровой поток оказывает огромное влияние на интенсивность переноса и отложений снега. Здесь, как и у сравнительно небольших препятствий (насыпи, выемки), отложения снега наиболее интенсивно происходят в пределах действия зоны торможения и зоны циркуляции и в местах, где происходит снижение скоростей ветрового потока.

Приведем несколько примеров отложений переносимого снега в различных формах рельефа местности.

При встрече ветрового потока с террасообразными уступами, расположенными на склоне долин, скорости его значительно меняются. Имеет ли ветровой поток направление вверх по уступам или вниз, наименьшие скорости этот поток всегда имеет у подножия каждой террасы и наибольшие - у ее края. В связи с этим и отложения снега на таких террасах происходят неравномерно: наибольшей мощности эти отложения достигают у подножия террас и наименьшей - у их краев. Откладывающийся снежный покров при такой форме рельефа местности сглаживает резкие перегибы склона, как бы выравнивая их (рис. 29).

Рис. 29. Отложения снега на террасообразных уступах

У небольших отдельных возвышенностей (холм, бугор) наибольшей мощности отложения снега достигают у их основания, при удалении от этих возвышенностей мощность отложений уменьшается (см. рис. 30).

Рис. 30. Отложения снега у небольших, отдельных возвышенностей (холм, бугор)

У узких, невысоких гряд с пологим склоном, обращенным к ветру, и с крутым подветренным наибольшей мощности снежные отложения (см. рис. 31) достигают на крутом подветренном склоне, и особенно в его верхней и нижней части. На верхних же двух третях пологого склона снег откладывается в весьма небольшом количестве. При обратном направлении ветра, т.е. когда к ветру обращен крутой склон, а пологий является подветренным, наибольшей мощности, снежные отложения достигают в верхних двух третях пологого подветренного склона и у подножия крутого наветренного склона, верхняя же часть крутого наветренного склона вообще почти не имеет снежных отложений (см. рис. 32).

Рис. 31. Отложения снега у узких, невысоких гряд с обращенным к ветру пологим склоном

Рис. 32. Отложения снега у узких, невысоких гряд с обращенным к ветру крутым склоном

На объем отложений снега в различных формах рельефа местности оказывают влияние два основных фактора: снегоемкость той неровности, у которой задерживается и откладывается снег, и объем приносимого к этой неровности снега. Превалирующее значение того или другого фактора зависит от размеров неровности. Если неровность сравнительно невелика, то при полной ее заработке приносимый к ней снег будет переноситься дальше. Если неровность имеет большие размеры, то весь приносимый к ней снег задержится и отложится у этой неровности. Следовательно, объем отложений снега у неровности зависит от ее снегоемкости и от возможного объема приносимого снега.

7. ПРОКЛАДКА ДОРОГ ПО НАИМЕНЕЕ ЗАНОСИМЫМ УЧАСТКАМ МЕСТНОСТИ

7.1. Месторасположение дорог по отношению к границам снегопереноса

Из изложенной выше сущности явления сноса и переноса снега вытекает, что каждый участок снегопереноса имеет определенные границы, из-за пределов которых снег к дороге не поступает. Следовательно, чем ближе (считая по направлению господствующих ветров) дорога будет расположена к границе участка снегопереноса (см. рис. 33), тем меньше будет длина полосы снегопереноса l и тем меньше, при прочих равных условиях, будет приносить к дороге снега. И, наоборот, чем дальше будет расположена дорога от границы участка снегопереноса (см. рис. 33), тем больше будет длина полосы снегопереноса l и тем больше будет приносить к дороге снега.

Но это положение отвечает действительности только до тех пор, пока расстояние от дороги до границы участка снегопереноса l меньше дальности переноса снега для данных условий L. Если расстояние l (см. рис. 33) будет больше дальности переноса снега L, то принос снега к дороге возрастать не будет и установится постоянным. Следовательно, если дорога будет расположена от границы снегопереноса дальше дальности переноса снега L, то при любом ее отдалении от границы l к ней будет приноситься одинаковое количество снега.

Рис. 33. Расположение дороги по отношению к границам снегопереноса

Возможная величина дальности переноса снега L приведена выше, в таблице 13.

7.2. Прокладка дорог в различных формах рельефа с учетом их заносимости

Приведенные выше данные о накоплении и распределении отложений снега в различных формах рельефа позволяют установить наиболее целесообразные места для прокладки дорог, где они будут в наиболее благоприятных условиях в отношении снегозаносимости.

На высоких горных местах и водоразделах ветер всегда сильнее, чем в прилегающих к ним долинах. Водораздел стесняет живое сечение ветрового потока, благодаря чему увеличивается его сила, и потому, когда в долине ветер еще слабый, на водоразделе его скорость уже достаточно велика. После водораздела живое сечение ветрового потока увеличивается и скорость ослабевает, а если подветренный склон достаточно крутой, то образуется зона циркуляции.

В таких условиях самым неудачным местом проложения дороги будет начало подветренного склона водораздела, где всегда откладывается много снега. На самом водоразделе положение может быть двоякое: если дорога будет проложена в выемке, то такая выемка будет сильно заноситься; если дорога будет проложена насыпью, она будет хорошо продуваться и не будет заноситься.

Правда, при плохом и неправильном содержании дорога в этом случае может заноситься и при прокладке ее даже насыпями, так как на водоразделах и повышенных местах перенос снега наиболее интенсивен.

При прокладке дорог по наветренному склону водораздела также может быть несколько положений: если перед водоразделом имеется довольно широкая равнина, то снег с нее будет сноситься к нижней части наветренного склона водораздела, и в таком случае дорогу следует располагать как можно выше к водоразделу; если перед наветренным склоном такой равнины нет, дорогу можно проложить и по нижней части этого склона, но и в этом случае ее следует несколько поднять от подошвы склона вверх по косогору.

В широких долинах наибольшие скорости ветра наблюдаются обычно в ее средней трети. У подветренного склона скорости ветра уменьшаются в связи с образованием зоны циркуляции, у наветренного - скорости ветра уменьшаются в связи с тормозящим действием этих склонов. Поэтому наиболее правильно прокладывать дорогу в средней трети долин и неправильно прокладывать их у самой подошвы как подветренных, так и наветренных склонов.

Возможность прокладки дорог по узким долинам зависит от высоты и крутизны ограничивающих ее склонов, а также от направления господствующих ветров в зимние месяцы. При ветрах, дующих вдоль долины, можно и не опасаться сильных заносов. Сильных заносов можно не опасаться и при ветрах, дующих поперек долины, если ограничивающие ее высоты достаточны и имеют крутые склоны. При небольшой высоте склонов, а также при пологих склонах большой высоты узкие долины будут сильно заноситься снегом, что поведет за собой сильный занос дороги.

При проложении дорог по террасам следует располагать их ближе к краю террасы, где отложения снега всегда наименьшие.

Приведенные выше положения относятся к открытым, безлесным местам. Наличие леса коренным образом может изменить ситуацию и поэтому этот фактор следует учитывать при прокладке дорог.

Большую роль может иметь направление склонов по отношению к странам света (восток, запад, север, юг) и к направлению господствующих зимой ветров. Многообразие различных факторов должно быть учтено при изысканиях дорог, а для этого следует собирать необходимые сведения у старожилов, как это часто делается при установлении горизонта высоких вод.

Изложенное показывает, какое огромное значение в отложениях переносимого снега играет рельеф местности. Поэтому при проложении трассы дорог, в том числе временных и сезонных, следует тщательно изучать влияние рельефа на условия переноса и отложений снега и учитывать эти условия с целью проложения трассы по местам, которые в естественных условиях сами по себе не являются сильно заносимыми.

8. СНЕГОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ СНЕГОПЕРЕПУСКАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

8.1. Виды снегозащитных мероприятий снегоперепускающего действия

Снегозащитные мероприятия снегоперепускающего действия основаны на беспрепятственном пропуске переносимого ветром снега через основную полосу движения на дороге. Перенос этот может осуществляться или нормальным ветровым потоком, или приданием ему повышенных скоростей.

На воздействие на переносимый снег нормального ветрового потока рассчитаны рекомендации по устройству и поддержанию поперечного профиля дороги с обтекаемым очертанием: раскрытые мелкие выемки; мелкие выемки, разделанные под насыпь; нулевые места и малые насыпи (ниже возможной толщины снежного покрова), очищаемый снег с которых разбрасывается далеко. Получающейся при снегоочистке траншее придаются уклоны с пологостью не менее 1:6 - 1:8.

На придании ветровому потоку повышенных скоростей основаны рекомендации по прокладке дорог насыпями выше возможной поверхности снежного покрова и по установке на бровке или откосах земляного полотна ветронаправляющих устройств.

8.2. Раскрытые или разделанные под насыпь мелкие выемки

Поскольку в таких выемках переносимый снег все же откладывается, то решение вопроса об их применении с последующей обязательной уборкой из них снега или об ограждении их снегозащитой можно произвести только экономическим путем. Главную роль при этом будет играть возможный объем приносимого к таким выемкам снега, а также и интенсивность движения транспорта. Такое экономическое исследование было проведено В.П. Лыковым, В.В. Лукишей и В.Ф. Новиченковым (1971 г.). Они установили, что удельные затраты на расчистку снежных заносов при приносе к дороге снега в 50 - 100 м³/м колеблются в пределах от 238 до 513 руб/км. Кроме того, потери, вызванные увеличением себестоимости перевозок из-за снижения скорости движения автомобилей в период снежных заносов на разных категориях дорог в условиях Украины колеблются в пределах от 168 - 254 до 1514 - 2355 руб./км. Общие же суммарные удельные потери при движении автомобилей в период снежных заносов для разных категорий дорог оказались в пределах от 438 - 551 до 2027 - 2781 руб./км.

При наличии раскрытых или разделанных под насыпь выемок можно принять, что эти потери будут составлять половину от указанных и находиться в пределах от 220 - 275 до 1000 - 1390 руб./км.

При таких небольших объемах снегоприноса (50 - 100 м³/м) в качестве снегозадерживающих устройств обычно рекомендуются переносные щиты. Среднегодовые расходы на изготовление и эксплуатацию таких щитов по данным автора получились:

При объемах снегоприноса         50 м³/м                 - 327 руб./км.

   «          «               «                       100 м³/м               - 477 руб./км.

Отсюда вытекает, что для дорог I - III категорий среднегодовые расходы на задержание снега щитами при объемах в 50 м³/м в 2 - 3 раза меньше, чем расходы на потери автотранспорта и уборку снега при раскрытых, не огороженных мелких выемках. При объемах в 100 м³/м это уменьшение будет 1,5 - 2,5.

Для дорог IV категории при объемах снегоприноса в 50 м³/м расходы на задержание снега щитами будут несколько меньше, чем потери автотранспорта и расходы на уборку снега, а при объемах снегоприноса в 100 м³/м расходы при применении щитов будут несколько больше.

Для дорог V категории расходы при применении щитов будут больше по сравнению с раскрытой выемкой примерно в 1,4 - 1,7 раза.

Из изложенного вытекает:

1. Устройство раскрытых или разделанных под насыпь мелких выемок на дорогах I - III категорий нецелесообразно - здесь нужно устраивать выемки с обычными полуторными откосами и огораживать их хотя бы переносными щитами.

2. На дорогах IV категории расходы при применении щитов и при устройстве мелких раскрытых выемок примерно одинаковы. Однако, учитывая большую надежность применения щитов, для дорог и этой категории устройство раскрытых выемок следует признать нецелесообразным.

3. На дорогах V категории при объемах снегоприноса до 100 м³/м можно устраивать раскрытые или разделанные под насыпь мелкие выемки.

8.3. Нулевые места и малые насыпи

Под малыми насыпями здесь подразумеваются такие, высота которых ниже высоты образующегося рядом снежного покрова. Нулевые места и такие малые насыпи в связи с наличием и постепенным ростом снежного покрова превращаются в мелкие выемки со всеми их отрицательными, в отношении снегозаносимости, свойствами. Следовательно, и в данном случае полностью применимы выводы, сделанные выше по отношению к мелким выемкам, т.е. на дорогах I - IV категорий нулевые места и малые насыпи следует огораживать снегозащитами. На дорогах V категории таких ограждений можно не делать, но нужна тщательная и своевременная снегоочистка без создания по краям очищаемой полосы снежных валов, без складирования на обочинах штабелей материалов и с обязательной уборкой бурьяна, кустарника и других предметов с полосы отвода в пределах 15 - 20 м от полотна дороги, чтобы предотвратить отложения снега за ними на подветренную обочину и проезжую часть дороги.

8.4. Снегонезаносимые насыпи

Из изложенного в пункте 6.3 вытекает, что обеспечение незаносимости верхней плоскости насыпи переносимым снегом в течение всей зимы может быть достигнуто только в том случае, если насыпь будет определенной, для данных условий, высоты. Причем высота насыпи должна быть больше высоты возможного на данном участке снежного покрова.

Последнее требование вытекает из того положения, что снижение скоростей ветроснегового потока происходит не только при встрече с углублением или с возвышениями, но, как это доказано автором (1956 г.), и на ровной поверхности. В последнем случае снижение скоростей происходит благодаря огромной изменчивости как скорости ветроснегового потока, так и его направлений. Эта изменчивость приводит к моментам, когда скорость, особенно в нижнем слое, падает до величины, недостаточной для дальнейшего передвижения частиц снега, и они останавливаются даже на ровном месте при отсутствии всяких препятствий. Осевшая же при переносе частица снега может быть вновь приведена в движение только при значительно более сильном ветре.

Отложения переносимого снега на ровной поверхности происходят ровным, увеличивающимся по толщине, слоем. Интенсивность образования и роста снежных отложений на ровной поверхности значительно слабее, чем у препятствий. Но поскольку эти отложения все же имеют место, снегонезаносимыми насыпями являются те, которые имеют высоту, большую по сравнению с образующимся рядом снежным покровом.

СНиП II-Д.5-72 возвышение бровки земляного полотна над поверхностью снежного покрова предлагает принимать равным 0,6 - 0,8 м. Однако рядом исследователей было установлено, что при этом незаносимость насыпи во многих случаях не обеспечивается и потому были предложены другие параметры незаносимой насыпи.

Высоту незаносимой насыпи В.К. Некрасов (1969 г.) рекомендует определять по формуле

Н = Н_{сн п} + Н_{м с} + h_{сб с},                                                       (6)

где Н - высота снегонезаносимой насыпи, м;

Н_{сн п} - наибольшая высота снежного покрова в районе данного участка дороги, м;

Н_{м с} - толщина морозоустойчивого слоя, м;

h_{сб с} - толщина слоя снега, сброшенного на откос насыпи при снегоочистке, м.

Автором (1961 г.) высоту снегонезаносимой насыпи рекомендуется определять с учетом объема приносимого снега по формуле

Н = h₁ + h₂,                                                                (7)

где Н - высота снегонезаносимой насыпи, м;

h₁ - величина, соответствующая высоте снежного покрова по средним многолетним данным (принимается по метеорологическим данным), м;

h₂ - превышение бровки насыпи над поверхностью снежного покрова в зависимости от объемов снегоприноса на данном участке дороги (принимается по графику, изображенному на рис. 34).

Рис. 34. Превышение бровки незаносимой насыпи над поверхностью образующегося снежного покрова в зависимости от объема снегоприноса

8.5. Ветронаправляющие устройства

В настоящее время эти устройства представляют собой постоянный забор с большим просветом внизу и со сплошь забранной верхней наклонной или вертикальной частью (см. рис. 35). Наклон верхней сплошной части делается против направления ветрового потока. Благодаря такому устройству ветровой поток, подходя к забору, разделяется на две части: одна из них проходит поверх забора, вторая направляется вниз и проходит в просвет с повышенной скоростью. Повышенная скорость сохраняется за щитом на некотором расстоянии и потому снег, проходящий в этот просвет, начинает откладываться только на некотором расстоянии от щитов. Это расстояние зависит от начальной скорости ветрового потока, угла между направлением потока и осью забора, угла наклона сплошной части и взаимной величины просвета и сплошной части забора.

Рис. 35. Рекомендуемые типы снегопередувающих заборов (по данным Г.В. Бялобжесского, 1966 г.)

Установленные транспортно-энергетическим институтом Сибирского отделения АН СССР расстояния переноса снега без отложений (зоны выдувания) приведены в таблице 17.

Таблица 17

Устанавливать заборы рекомендуют на обочинах автомобильных дорог и с таким расчетом, чтобы стойки забора находились на расстоянии 0,8 м от кромки проезжей части (Г.В. Бялобжесский, 1966 г.). Забранную часть забора можно делать и не сплошной, а с просветностью 0,2. Заборы высотой более 8 м не рекомендуются.

Из таблицы 17 вытекает, что для обеспечения незаносимости проезжей части шириною 7 м необходимо выставлять заборы высотой 6,5 м с высотой сплошной панели 4 м и просветом 2,5 м. Но если произвести разрежение верхней сплошной части и за счет этого заполнить просвет, то получим обычный решетчатый забор такой же общей высоты. Такой забор сможет задержать 530 - 550 м³/м снега, и при этом отложений переносимого снега не будет не только на проезжей части, но и на обочинах. Учитывая это, ветронаправляющие заборы имеет смысл устраивать только тогда, когда объем снегоприноса больше, чем может задержать обычный решетчатый забор, равный по общей высоте с ветронаправляющим забором.

9. СНЕГОЕМКОСТЬ СНЕГОЗАДЕРЖИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

9.1. Однорядные сплошные снегозадерживающие устройства

Отложения снега у сплошного плоского снегозадерживающего устройства показаны на рис. 20. Многочисленные наблюдения показывают, что высота отложений снега у заработанного устройства может несколько превышать его высоту. Для упрощения определения снегоемкости такого устройства можно принять высоту отложений снега равной высоте устройства.

С этой же целью примем, что профиль отложений снега перед устройством имеет форму треугольника, а за устройством - трапеции. Скорректированный таким образом профиль снежных отложений у заработанного сплошного плоского устройства показан на рис. 20 штрихлинией. Согласно рис. 20 объем снега, откладывающийся на 1 пог.м полностью заработанного сплошного плоского устройства, при условии, что оно не переставляется, будет равен:

                                                   (8)

Объемные сплошные снегозадерживающие устройства из снега (снежные стенки и снежные валы) воздействуют на ветроснеговой поток так же, как и плоские сплошные устройства. Поэтому объем снега, задерживаемый ими, можно определять по этой же формуле. Объем самого устройства (стенки или вала) компенсируется заполнением объема траншеи, из которой снег взят на устройство стенки или вала.

Для определения величины С нужно знать уклон отложений снега перед устройством. Многочисленные замеры этого уклона показали, что его можно принять равным 1:10, откуда С = 10 Н.

Величина a₁ по различным данным колеблется в пределах 1,5 Н - 2,0 Н.

Для определения величины а₂ нужно знать уклон отложений снега за устройством. Величина этого уклона, как показывают многочисленные наблюдения, зависит от скорости ветра. Зависимость эта приведена в таблице 18.

Таблица 18

Величины С, а₁, а₂ приняты по материалам наблюдений различных исследователей и потому впредь до получения более точных данных могут быть рекомендованы для их определения.

9.2. Однорядные решетчатые плоские снегозадерживающие устройства

Отложения снега у плоского решетчатого устройства показаны на рис. 22. Хотя высота отложений за таким заработанным устройством и может превышать его высоту, для упрощения расчетов примем высоту отложений снега равной высоте устройства.

С той же целью примем форму отложений снега перед устройством в виде треугольника, а за устройством - в виде трапеции. Скорректированный таким образом профиль снежных отложений у заработанного решетчатого плоского снегозадерживающего устройства показан на рис. 22 штрихлинией. Согласно этому рисунку объем снега, откладывающийся на 1 пог.м полностью заработанного плоского устройства, при условии что оно не переставляется, будет равен:

                                              (9)

Количественные значения с, a₁ и а₂ определяются так же, как и для сплошных плоских устройств.

Для определения количественного значения величины в воспользуемся данными В.Ф. Бабкова, который в 1942 - 1943 гг. в районе г. Мичуринска замерял длину снежных отложений за отработанными решетчатыми щитами с разной площадью просветов. Данные этих измерений приведены в таблице 19.

Таблица 19

Из таблицы видно, что чем больше просветность решетчатого устройства, тем больше длина отложений снега за ним. Но поскольку опыты проводились в одинаковых условиях, то на увеличение длины отложений снега за устройствами оказывала влияние только лишь различная их просветность. Следовательно, на величину в оказывает влияние просветность устройства.

На эту величину оказывает влияние и скорость ветра, но это влияние пока не удалось установить количественно. Имеющиеся по этому вопросу экспериментальные данные показывают, что это влияние не дает больших изменений величины в. Поэтому можно не учитывать это влияние на количественные значения величины в, а дать ее значения пока только в зависимости от одной просветности. Определение величины в при полностью заработанном устройстве впредь до уточнения можно рекомендовать по данным таблицы 20, составленной по материалам различных источников.

Таблица 20

9.3. Придорожные снегозащитные лесонасаждения

Для придорожных снегозащитных лесонасаждений в настоящее время рекомендуются (см. Г.В. Бялобжесский, 1966 г.) и применяются непродуваемые, густые, особенно снизу, лесные полосы. Под воздействием таких полос задержание снега происходит в зоне снижения скоростей ветроснегового потока как с наветренной и подветренной сторон полосы, так и внутри самой полосы. Схема очертания снегоотложений у таких полос показана на рис. 36.

Рис. 36. Схемы отложения снега у придорожных снегозащитных лесонасаждений:

а) - у непродуваемых полос; б) - у ажурных; в) - у продуваемых

Высота снегоотложений Н, соответствующая средней высоте снежного вала, который можно допустить без опасности снеголома, для различных почвенных зон принимается равной от 1,0 до 2,5 м.

Согласно рис. 36, объем снега, откладывающийся на 1 пог.м полностью заработанной лесной полосы (с допустимой средней высотой вала Н), будет равен:

                                                      (10)

где l - ширина полосы насаждений, м.

9.4. Многорядные снегозадерживающие устройства

Плоские многорядные снегозадерживающие устройства осуществляют в виде двух или более рядов щитов, заборов, снежных валов, снежных стенок и т.п.; пространственные (лесонасаждения) - в виде двух или более полос. Естественно, что применяя два или более ряда таких устройств, необходимо использовать наиболее полно их снегоемкость.

На рис. 37 изображены схемы отложений снега у двухрядных плоских устройств, расположенных на разных расстояниях друг от друга. На рис. 37-а видно, что расстояние между рядами явно недостаточное: подветренная зона левого ряда почти полностью перекрывает наветренную зону правого ряда и потому снегоемкость этого двухрядного устройства немногим больше, чем однорядного, что нерационально.

Рис. 37. Схемы отложения снега у двухрядных препятствий:

а) - при заниженном; б) - при завышенном; в) - при правильном назначении расстояний между линиями снегозащиты

На рис. 37-б наоборот расстояние между рядами явно завышенное, и потому хотя каждый ряд и обеспечивает наиболее полную снегоемкость, но работают они обособленно друг от друга и преимуществ двухрядности в полной мере не используется.

На рис. 37-в расстояние между рядами назначено правильно, и потому двухрядное устройство работает как единое целое, в связи с чем его общая снегоемкость больше, чем снегоемкость устройств, расположенных как на заниженном, так и на завышенном расстоянии друг от друга.

Следовательно, расстояние между, рядами многорядных устройств должно быть равно длине отложений снега за первым рядом, считая от дороги, плюс длина отложений снега перед вторым рядом. Обозначим это расстояние буквой d, тогда для лесополос оно будет равно:

d = с + а₂,                                                              (11)

для сплошных плоских:

d = с + а₁ + а₂,                                                         (12)

для решетчатых плоских:

d = с + в + а₁ + а₂.                                                      (13)

Объем снега, откладывающийся на 1 пог.м полностью заработанного двухрядного устройства в виде двух лесополос, будет:

Q_{з л} = (с + a₂ + l₁ + l₂)H,                                             (14)

в виде двух сплошных устройств в виде щитов или заборов при одинаковой их высоте:

                              (15)

где 0,8 - коэффициент заполнения площади прямоугольника между соседними рядами устройств;

в виде двух решетчатых щитов или заборов при одинаковой их высоте и без перестановки:

                        (16)

9.5. Расстояние от снегозадерживающего устройства до дороги

Выше было сказано, что проезжая часть и обочины должны быть чистыми от снега. И если от спокойно выпадающего снега нельзя их защитить, то от снега, приносимого ветром с окружающей местности, - можно, для этого нужно снегозадерживающие устройства располагать от дороги на таком расстоянии, чтобы откладывающийся у них снег достигал только подошвы насыпи или бровки выемки. Можно допустить расположение отложений снега и на откосах выемки, но только при условии достаточно надежных данных об объемах снегоотложений.

При правильном расположении снегозадерживающих устройств от дороги ее проезжая часть и обочина будут вне пределов зон сниженных устройством скоростей и снег с проезжей части и обочин частично будет выдуваться, так как ветроснеговой поток будет иметь уже достаточно большие скорости и не будет насыщен снегом.

Исходя из изложенного, расстояние установки сплошного устройства от дороги при условии, что оно не переставляется или переставляется, но в сторону поля, можно определить из уравнения:

S_c = a₁ + а₂,                                                           (17)

то же для решетчатого:

S_p = в + a₁ + а₂.                                                        (18)

При перестановке снегозадерживающих устройств - щитов в сторону дороги расстояние первоначальной установки этого устройства от дороги может быть определено из уравнения:

S_p = b + a₁ + а₂ + 2n,                                                   (19)

где n - число перестановок устройства за зиму.

Расстояние дороги до первого ряда лесополосы можно определить из уравнения:

S_л = а₂.                                                                 (20)

10. ОСНОВНОЙ РАСЧЕТНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СНЕГОЗАДЕРЖИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЕ

10.1. Основной расчетный показатель для проектирования снегозадерживающих устройств

Из предыдущего вытекает, что для определения параметров сплошного или решетчатого плоского снегозадерживающего устройства по формулам (8) и (9) переменной, определяемой величиной является Н - высота устройства. Все же другие величины - с, а₁, а₂ и в - для каждых конкретных условий принимаются постоянными.

Точно так же для определения параметров пространственного снегозадерживающего устройства (лесонасаждения) по формуле (10) переменной, определяемой величиной является l - ширина полосы лесонасаждений. Все же другие величины - с, а₂ и Н для каждых конкретных условий принимаются постоянными.

Величину Н для решетчатых плоских снегозадерживающих устройств рекомендуют определять по формуле (см. Г.В. Бялобжесский и др., 1966 г.):

                                                           (21)

где W - объем снегопереноса, м³/м.

Величину l для лесонасаждений определяют по формуле (см. там же):

                                                          (22)

где W_пп - объем полевого снегопереноса, м³/м;

Н_ср - средняя высота отложений внутри полосы, м.

Следовательно, основным расчетным показателем для определения высоты плоских снегозадерживающих устройств и для определения ширины лесополос рекомендуется объем полевого снегопереноса, т.е. объем снега, приносимого ветром с прилегающей к дороге местности. Этот же показатель рекомендуется для установления возможности пользования переносными щитами и определения числа их перестановок, а также и для определения числа рядов снежных стенок, снежных валов и снежных траншей.

Принцип действия снегозадерживающих устройств основан на том, что в зоне их действия образуется зона пониженных скоростей, в которой скорости ветрового потока у земной или снежной поверхности становятся небольшими, недостаточными для того, чтобы передвигать снежинки, и последние откладываются. В зону действия снегозадерживающих устройств попадает снег не только во время переноса его ветром, но и при спокойных снегопадах. Следовательно, для проектирования снегозадерживающих устройств нужно знать не только объем приносимого к ним снега, но и объем снега, образующегося от спокойных снегопадов. Эти величины даются в тоннах на 1 пог.м дороги и в миллиметрах водяного столба. Для приведения их в кубические метры необходимо учитывать плотность снега в отложениях.

Нужно учитывать и то обстоятельство, что снег, при различных скоростях ветра и при разном состоянии снежного покрова и температуры воздуха, переносится не на одинаковой высоте над поверхностью земли. Очевидно, что чем выше препятствие, задерживающее переносимый снег, тем больше этого снега оно задержит. Следовательно, нужно учитывать и это явление.

Важно и то, что не все защиты задерживают полностью снег, который к ним приносится, - часть этого снега у некоторых защит проносится в просветы и не откладывается в зоне действия этих защит.

Часть снега уже отложенного у защит в результате приноса или спокойного снегопада испаряется.

Из изложенного вытекает, что основным расчетным показателем для проектирования снегозадерживающих устройств должен быть не объем полевого снегопереноса, а объем снегоотложений, который должен определяться по формуле:

                                            (23)

где Q_з - объем снега, откладывающийся у снегозадерживающих устройств, м³/м;

К - коэффициент, учитывающий снегозадерживающую способность данного снегозадерживающего устройства, %;

Q_п - объем полевого снегопереноса в месте расположения снегозадерживающего устройства, т/пог.м дороги;

Q_с - объем снега, откладывающегося на всей площади зоны действия устройства во время снегопадов, конденсации, изморозей, т/пог.м дороги;

Q_н - объем снега, испаряющегося со всей площади зоны действия устройства, т/пог.м дороги;

γ - плотность снега в отложениях в зоне действия снегозадерживающего устройства, т/м³.

Необходимо отметить, что по данной формуле величина Q_з определяется при направлении господствующих ветров под прямым углом по отношению к снегозадерживающему устройству или близкому к нему. При отклонении этого угла от прямого следует вводить поправку на синус угла измененного направления ветра.

10.2. Примерные количественные значения величин, входящих в показатель объема снегоотложений

Объем снегоотложений Q_з, как показывает формула (23), по сравнению с объемом полевого снегопереноса Q_п имеет дополнительные величины К, Q_c, Q_н, γ. Установим их примерные количественные значения для различных видов снегозадерживающих устройств и для разных климатических и рельефных условий.

Количественные значения коэффициента К, учитывающего снегозадерживающую способность устройств, определяются процентом снега, откладывающегося у защит, от всего количества снега, переносимого в сечении данного устройства Q_п. По данным различных исследователей, для различных снегозадерживающих устройств коэффициент К имеет следующие значения:

древесно-кустарниковые насаждения, многополосные с разрывами между полосами - К = 100 % или 1,0;

двухрядные решетчатые заборы с площадью просветов 35 - 50 % - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;

двухрядные переносные щиты с площадью просветов 35 - 50 % - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;

однорядные сплошные заборы - К = 90 - 95 % или 0,9 - 0,95;

однорядные решетчатые заборы с площадью просветов 35 - 50 % - К = 70 - 85 % или 0,7 - 0,85;

однорядные переносные щиты с площадью просветов 35 - 50 % - К = 65 - 70 % или 0,65 - 0,70.

Следовательно, при определении размеров снегозадерживающих устройств необходимо учитывать коэффициент К.

Количественные значения величины Q_с, отложений снега от спокойных снегопадов, зависят от трех основных показателей: ширины образующихся снежных отложений, их высоты к количества выпадающего снега. Для дальнейшего рассмотрения примем форму и все параметры образующегося снежного вала по данным пунктов 9.1 - 9.4. В этом случае ширина снежных отложений при одинаковом виде снегозадерживающего устройства будет зависеть только от высоты этих отложений.

Высоту образующегося снежного покрова примем в пределах от 10 до 100 см.

Для полноты изложения на рис. 38 - 40 показано, какое количественное значение может иметь величина объема от снегопадов Q_с в общем объеме отложений снега у различных снегозадерживающих устройств Q_з при высоте снежного покрова от 10 до 100 см, замеряемого не в поле, а на закрытой площадке или на поляне в лесу и потому учитывающее и величину Q_и.

На рис. 38 показано отношение Q_с к Q_з для однорядных щитов и заборов, на рис. 39 - для двухрядных щитов и заборов и на рис. 40 - для придорожных снегозащитных лесонасаждений, причем на рис. 40 это отношение показано при высоте снегоотложений в лесонасаждениях в 1,5; 2,0 и 2,5 м.

Рис. 38. Однорядные щиты и заборы

Рис. 39. Двухрядные щиты и заборы

Рис. 40. Придорожные снегозащитные лесонасаждения при высоте отложений снега в полосах 1 - 1,5 м, 2 - 2,0 м и 3 - 2,5 м

Рис. 38 - 40 показывают, что величина Q_с может быть в пределах от 11 до 79 % от величины Q_з (общего объема снегоотложений у устройства) и потому ее обязательно нужно учитывать при определении размеров снегозадерживающих устройств.

При определении количественных значений Q_с и Q_з принято, что весь выпадающий за зимний период в данном месте снег оказывается в зоне действия снегозадерживающего устройства. Остальная часть снегоотложений образуется за счет Q_п, т.е. снега, приносимого к снегозадерживающему устройству с прилегающей к нему местности. Однако поскольку слои выпадающего и приносимого снега чередуются между собой, то для определения Q_с делили все количество выпадающего снега по высоте на пять слоев и располагали их равномерно по высоте снегоотложений у данного устройства. Остающееся свободное пространство шло за счет заполнения Q_п. Слои выпадающего снега откладывали, начиная с линии поверхности земли, так как обычно выпадение снега предшествует его переносу. Обработка данных метеостанций о сильных снегопадах показала, что в среднем ежегодно таких снегопадов бывает пять.

Произведенная нами экспериментальная проверка, путем разреза снегоотложений у снегозадерживающих устройств, подтвердила отложение снега слоями с разной структурой и несколько отличной плотностью, показывающими происхождение этих слоев от снегопадов и от отложений за счет снега, принесенного с окружающей снегозадерживающее устройство местности.

Для проектирования снегозадерживающих устройств нужно иметь данные об испарении снега с площади зоны действия устройств, т.е. с той площади, где приносимый и выпадающий снег лежит спокойно и перевеванию не подвергается. Испарение снега с этой площади приведет к уменьшению его толщины, что должно отразиться на рабочей высоте снегозадерживающего устройства. Испарение снега происходит не только в зоне действия устройства, но и на всей площади, расположенной вне этой зоны, и таким образом уменьшает толщину снега не только в зоне действия устройства, но и вне пределов этой зоны. Без особой ошибки можно принять, что величина испарения снега как в зоне действия устройства, так и за ее пределами одинакова. Тогда при установлении рабочей высоты снегозадерживающего устройства фактор испарения снега можно исключить и объем снегоотложений у устройства Q_з можно определять без учета величины Q_и.

Средняя плотность снега в отложениях у снегозадерживающих устройств зависит от высоты устройства. По данным различных исследователей, эта плотность такая:

при высоте снежного вала 2,0 м                                   - 0,30;

            »                         »     4,5 м                                    - 0,35;

            »                         »     7,5 м                                    - 0,40;

            »                         »     более 7,5 м                         - 0,45.

10.3. Повторяемость объемов снегоотложений

Снегозадерживающие устройства должны проектироваться на расчетный показатель с определенным сроком повторяемости.

В своей работе еще в 1961 г. нами доказано, что срок этот зависит не от вида снегозадерживающего устройства и не от категории дороги, а от возможной величины объема снегоотложений. За прошедший период нами собраны и проанализированы данные о натурных замерах объемов снегоотложений по всем железным дорогам Казахской ССР за длительный период. По многим дорогам удалось собрать такие данные, начиная с 1947 - 1948 гг., что составило период в 25 лет - срок достаточный для выводов. По некоторым дорогам имеются данные даже с 1935 - 1936 гг., т.е. за 37 лет.

Эти данные подтвердили выводы 1961 г. и показали, что:

при объемах снегоотложений до 150 м³/м - срок их повторяемости через 10 лет;

при объемах снегоотложений от 150 до 600 м³/м - срок их повторяемости через 1,5 лет;

при объемах свыше 600 м³/м - срок их повторяемости предположителен через 30 - 35 лет.

10.4. Определение объемов снегоотложений

Методом, дающим в результате его использования величину Q_з, т.е. объем снегоотложений с учетом всех слагающих этот объем величин (коэффициент снегозадерживающей способности устройства - К, объем снегоприноса - Q_п, объем отложений от твердых атмосферных осадков - Q_с и плотности снега в отложениях - γ), является пока метод натурных замеров.

Несмотря на то, что метод натурных замеров дает интегральную величину Q_з, он все же не свободен от ряда недостатков.

Объемы снегоотложений замеряются у разных по виду и типу снегозадерживающих устройств и поэтому величины (К - коэффициент снегозадерживающей способности, отношение  и γ - плотность отложений) могут оказаться различными для одних и тех же условий климата и местности.

Коэффициент К наибольший в снегозащитных лесонасаждениях, но зато в них наименьшая плотность отложений и наибольшее отношение . У решетчатых заборов все эти величины имеют противоположное значение.

Следовательно, при применении метода натурных замеров нужно стремиться к тому, чтобы брать замеры, по возможности, у одинаковых видов снегозадерживающих устройств. Наиболее правильно эти замеры брать у придорожных снегозащитных лесонасаждений или у многорядных решетчатых устройств.

Используя данные натурных замеров у других видов снегозадерживающих устройств, для приведения их к показателям у придорожных снегозащитных лесонасаждений, необходимо вводить поправочные коэффициенты на величины К и γ.

Недостатком метода натурных замеров является и то, что объемы снегоотложений по этому методу могут быть получены только для тех районов и для тех дорог, где эти замеры производятся.

Недостатком может являться и то, что замеры производились недостаточное число лет. Этот недостаток можно исправить, используя метод аналогии, если на соседней, близлежащей дороге замеры производились достаточное число лет.

Метод аналогии был предложен автором в 1961 г. Массовый анализ натурных замеров объемов снегоотложений на поперечниках, расположенных на достаточно близком расстоянии друг от друга, показал, что влияние на эти объемы климатических элементов исключается и различие этих объемов зависит лишь от разной длины полос снегопереноса. Данное положение дает возможность применять метод аналогии.

Имея замеры объемов снегоотложений за положенное число лет на каком-либо поперечнике, можно этот поперечник принять за аналог и, пользуясь им, определить объемы снегоотложений за те же годы для любого другого поперечника, расположенного поблизости от него. Для этого на поперечнике, где требуется определить объем снегоотложений за большее число лет, достаточно замерить объемы снегоотложений за 1 - 2 года. Затем определить отношение объемов, полученных на данном поперечнике, к объемам, полученным за тот же год на поперечнике-аналоге, и, пользуясь этим отношением, определить для искомого поперечника объемы снегоотложений за все годы, за которые имеются данные об объемах снегоотложений на поперечнике-аналоге.

Допустим, имеются объемы снегоотложений на поперечнике-аналоге за n лет:

Q_a1, Q_a2, Q_a3, ..., Q_an.

На искомом поперечнике имеем замеры за последний год, т.е. Q_иn.

Отношение объемов искомого поперечника к объемам поперечника-аналога:

Тогда объемы снегоотложений на искомом поперечнике за предыдущие годы будут:

Q_и1 = mQ_а1, Q_и2 = mQ_а2, Q_и3 = mQ_а3

и т.д.

В «Указаниях по производству изысканий и проектированию лесонасаждений вдоль автомобильных дорог» (ВСН-33-66, Гипроавтотранс Минавтошосдора РСФСР, 1966 г.) метод аналогии рекомендуется использовать, принимая за аналог объемы снегоприносов, определенные методом учета интенсивности переноса снега по формуле Д.М. Мельника.

Подробное описание метода аналогии и пояснения по его применению при аналоге по натурным замерам приведены в «Указаниях по закладке снегомерных пунктов на автомобильных дорогах Казахской ССР и производству на них замеров снегоотложений» (А.А. Кунгурцев и О.Г. Витковский, 1973 г.). Подробное описание применения метода аналогии при аналоге по объемам снегоприноса, определяемых по формуле Д.М. Мельника, приведено в ВСН-33-66.

11. КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД СНЕГОЗАДЕРЖАНИЯ НА ПОЛЯХ И У ДОРОГ

11.1. Сущность метода

Значение снегозадержания на полях для повышения урожайности общеизвестно. Умело и вовремя примененное снегозадержание даже в годы, вполне благоприятные для произрастания сельскохозяйственных культур, повышает их урожайность на 20 - 30 %, а в неблагоприятные - в 2, 3 и даже 4 раза (М.Т. Струков (1947 г.), В.П. Мосолов (1953 г.), П.С. Денисов (1954 г.)).

В связи с большим значением снегозадержания на полях и лугах становится непонятным такое, весьма частое, явление, когда по обе стороны дороги находятся оголенные от снега поля, а рядом с дорогой - огромные сугробы снега, принесенного с этих полей. В этом случае должен возникнуть вопрос, а правильно ли делают дорожники, задерживая снег около дорог такими огромными сугробами, приносящими к тому же и вред для дорог. Конечно, неправильно, снег нужно задерживать не у дорог, а на соседних с ними полях и лугах. Впервые эта мысль была высказана А.С. Чернявским (1893 и 1912 гг.), который внес предложение о развитии снегозадержания на соседних с дорогами полях, чтобы уменьшить принос снега к дороге.

В 1953 г. этот вопрос вновь был поднят крупнейшим специалистом по снегу Г.Д. Рихтером.

Указанными исследователями выдвинуто следующее принципиальное предложение: добиваться уменьшения общей массы переносимого снега закреплением его на месте выпадения, для чего борьбу необходимо перенести с мест аккумуляции, т.е. у дорог, на площади его сдувания, т.е. на поля.

Безусловная правильность этого предложения не подлежит никакому сомнению. Имеющиеся примеры наглядно это подтверждают - там, где совхозы и колхозы регулярно проводят на полях снегозадержание, к дорогам приносит значительно меньше снега и даже вообще может его не приносить.

Но известно и то, что весьма часто совхозы и колхозы проводят работы по снегозадержанию не регулярно, а иногда и вообще не занимаются снегозадержанием. В таком случае дорожники не могут быть уверены в действенности этих мероприятий и вынуждены рассчитывать только на свои силы и средства. Однако и в этом случае отказ от комплексного метода снегозадержания на полях и у дорог будет неправильным.

Если дорожникам только самим приходится заботиться о задержании снега, без помощи совхозов и колхозов, то и в этом случае следует применять комплексный метод снегозадержания, но только в несколько ином виде - задержание приносимого к дорогам снега необходимо производить не на площади сдувания, а рядом с дорогой, но не сосредоточенным валом, как это делается в настоящее время, а тонким слоем на уширенной полосе (см. рис. 41). Толщина этого слоя должна быть такая, чтобы снег не вредил посевам, а, наоборот, способствовал повышению их урожайности. Впервые этот принцип был предложен в 1914 г. П.Я. Янковским и вновь поднят автором настоящей работы в 1954 г.

Рис. 41. Схемы снегозадержания:

а - сосредоточенным валом, б - тонким слоем на уширенной полосе

Толщина снежного покрова на уширенной полосе задержания Н будет складываться из толщины естественно образующегося в данном месте снежного покрова h₁ и из искусственного увеличения толщины этого покрова за счет задерживаемого слоя снега h₂ (см. рис. 41).

Поскольку поставлено условие, что общая толщина снегового покрова Н не должна вредить посевам, а должна, наоборот, способствовать их урожайности, то необходимо определить эту толщину для разных условий.

Воздействовать на величину Н мы можем только второй ее составляющей, т.е. величиной h₂, так как первая составляющая h₁ при расчетах должна приниматься постоянной и равной средней толщине снежного покрова для данных условий.

Величина h₂ существенна лишь при наличии в данном месте озимых посевов, так как они требуют сохранения в почве на глубине узла кущения (на глубине в среднем 3 см от поверхности земли) температуры от -5 до -15°. Понижение или повышение температуры против указанного предела приводит к гибели озимых.

Для определения возможной величины h₂ воспользуемся зависимостью минимальной температуры почвы на глубине 3 см от минимальной температуры воздуха и высоты снежного покрова, полученной А.М. Шульгиным (1954 г.).

Полученные данные о возможной толщине искусственно созданного снежного покрова Н при плотности его 0,25 приведены в таблице 21. Из таблицы 21 видно, что на всей территории СССР, за исключением западной половины европейской части, толщина задерживаемого слоя снега h₂ даже на озимых посевах может быть 30 см и более, а на других полях может быть еще больше.

Таблица 21

Примерная ширина полосы задержания снега у дорог L при предложенном нами принципе может быть найдена из уравнения:

                                                                   (24)

где Q - объем задерживаемого снега, м³/м дороги;

q - объем задерживаемого снега на полосе задержания, м³/м².

В таблице 22 приведена примерная ширина полосы задержания снега для различных районов СССР.

Таблица 22

Вышеизложенное позволяет утверждать, что применение снегозадержания тонким слоем на уширенной полосе вполне возможно на 85 - 90 % протяженности железных и автомобильных дорог нашего Союза, поскольку дороги в основном проходят по полям и лугам, где увеличение толщины снегового покрова принесет только пользу.

Работы по задержанию снега у дорог тонким слоем на уширенной полосе в первое время должны производиться дорожными организациями, их средствами и за счет их финансирования.

11.2. Рекомендуемые способы задержания переносимого снега тонким слоем на уширенной полосе

При применении предлагаемого нами метода все современные способы задержания снега у дорог (переносные решетчатые щиты, постоянные заборы, древесно-кустарниковые насаждения и т.п.) становятся непригодными. Для этого метода более пригодны способы снегозадержания и снегонакопления, применяемые на полях и лугах.

Однако, рассматривая последние с точки зрения пригодности для задержания снега у дорог, мы одновременно оцениваем их с позиций наибольшей пригодности и эффективности для снегозадержания и снегонакопления на полях и лугах.

Для наилучшего произрастания сельскохозяйственных культур кроме толщины и плотности снежного покрова большое значение имеют равномерное распределение покрова на каждом однородном, по высеянным культурам, участке поля и регулирование его толщины на различных участках поля. Эти требования могут быть достигнуты только правильным назначением высоты снегозадерживающих устройств и расстояний между их рядами.

Высота снегозадерживающих устройств должна назначаться равной запланированной толщине задерживаемого слоя снега.

Произведенный нами анализ возможных способов задержания переносимого снега тонким слоем на уширенной полосе¹⁾ показал, что для этого наиболее пригодны:

¹⁾ Прогрессивные методы борьбы с переносимым снегом на автомобильных дорогах. Сборник трудов СибАДИ, 1959, № 7.

1. Живые изгороди из самых невысоких кустарников высотой 0,5 - 1,0 м. Расположение этих изгородей на расстоянии до 15 - 25 м друг от друга (расстояние должно быть кратным ширине проходов сельскохозяйственных машин) вполне позволит производить между рядами посевы любых культур. Экономически наиболее выгодно, если эти изгороди будут из кустарников, дающих ценные ягоды или листья; полосы между кулисами из кустарников возможно в ряде случаев использовать под колхозные и совхозные сады.

2. Сплошные посевы высокостебельных растений, а также посевы кулисами. В качестве высокостебельных растений могут быть названы: подсолнечник, кукуруза, горчица, сорго, сафлор, суданка и др.

3. Снегоуплотнение с одновременным созданием частых, невысоких снежных валиков. Практическое осуществление этого способа может быть произведено комбинированным снарядом, представляющим собой многополозные сани с обычным угольником (А.А. Кунгурцев, 1955 г.).

4. Снежные валы (снегопахание), когда они допустимы. При приносе к дороге снега до 50 м³/м достаточно его задержания только перечисленными выше способами на полосе соответствующей ширины.

При приносе к дороге снега более 50 м³/м на случай всяких неожиданностей (особенно возникновения сильных верховых метелей при больших скоростях ветра), чтобы не допустить перерыва в движении, у дорог должны устраиваться дополнительные снегозадерживающие препятствия. Такими препятствиями вполне могут служить живые изгороди, представляющие собой одновременно и декоративные насаждения. Эти изгороди должны располагаться непосредственно у дорог, на расстоянии 12 - 15 м от наружной бровки кювета или бровки выемки (см. рис. 42).

Рис. 42. Схемы насаждений на уширенной полосе снегозадержания

Пока живые изгороди будут выращиваться и достигнут расчетной высоты, снегозадержание осуществляется обычными переносными решетчатыми щитами.

Кроме того, на полосе задержания снега, при любом методе снегозадержания, необходимо через каждые 0,3 - 0,5 км создавать, параллельно дороге, дополнительные узкие, двух - трехрядные продуваемые полосы насаждений из высоких деревьев (см. рис. 42). Назначение таких полос - уменьшение скоростей ветрового потока, но не задержание снега.

11.3. Экономическая и техническая целесообразность задержания снега тонким слоем на уширенной полосе

Сравнение расходов на задержание снега у дорог при применяемом в настоящее время методе (т.е. сосредоточенным валом) и при задержании его тонким слоем на уширенной полосе показывает (см. рис. 43), что даже при задержании снега слоем 10 см сверх толщины естественно откладывающегося снегового покрова новый способ экономически более выгоден. Посев высокостебельных растений и снегоуплотнение с одновременным созданием частых, невысоких снежных валиков оказывается дешевле примерно в 2 раза по сравнению с двухрядными заборами и щитовыми линиями, а по сравнению с однорядными заборами и щитовыми линиями - даже в 3 раза.

Рис. 43. Среднегодовые расходы на снегозадержание снега у дорог:

1 - кулисы по пласту; 2 - кулисы по пару; 3, 4 и 5 - снегоуплотнение с созданием снежных валиков по 5, 4 и 3 прохода по одному месту; 6 - двухрядные щитовые линии; 7 - двухрядные заборы; 8 - однорядные щитовые линии; 9 - однорядные заборы

Расходы (с переводом их в цены, действующие с 1/I-1961 г.) на задержание снега кулисами по пару, пласту, многолетним травам и овощебахчевым культурам - по данным П.С. Денисова (1954 г.), расстановкой стеблей и снопиков - по данным М.Т. Струкова (1947 г.); снегоуплотнением - применительно к данным по задержанию снега кулисами.

Кроме указанного, предлагаемый метод по сравнению с принятыми на дорогах в настоящее время, имеет еще следующие преимущества:

1) задержание снега возможно осуществлять более простыми, исключительно механизированными способами;

2) исключаются вредные последствия, создаваемые огромными сугробами снега рядом с дорогой;

3) отпадает необходимость в широкой полосе отвода, что позволит высвободить под посевы и луга по всему СССР не менее 1,5 млн. га земли, причем земли, наиболее удобной и выгодной для сельскохозяйственных культур;

4) при задержании снега на смежных с дорогой полях и лугах увеличится урожайность посеянных на них сельскохозяйственных культур, что с избытком окупит израсходованные на задержание снега средства.

Следовательно, предлагаемый метод более приемлем по сравнению с принятыми в настоящее время как с общегосударственной точки зрения (повышение урожайности на смежных с дорогами полях и высвобождение большой площади под посевы), так и с узковедомственной точки зрения дорожных организаций, расходы которых на задержание снега уменьшатся примерно в два раза, снизится трудоемкость работ за счет их полной и несложной механизации и будут исключены вредные для дорог последствия, создаваемые расположенными рядом с ними огромными сугробами снега.

Необходимо напомнить, что постановление Верховного Совета СССР от 20 сентября 1972 г. «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов» ориентирует на применение комплексного метода снегозадержания на полях и у дорог, а не на задержание снега около дорог сосредоточенным валом.

12. СНЕГОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ ЗАБОРЫ

Одним из наиболее надежных снегозащитных устройств на дорогах являются снегозадерживающие заборы. Снегозадерживающие заборы относятся к снегозащитным устройствам долговременного типа и предназначены для задержания в зоне действия всего приносимого к дороге в течение зимнего периода снега. В зависимости от объема приносимого к дороге снега снегозадерживающие заборы устраивают высотой от 3 до 5 - 7 м. Устройство более низких заборов нецелесообразно, так как в этом случае лучше устраивать защиту в виде щитовых линий.

На основании технико-экономических расчетов А.А. Комаров (1959 г.) рекомендует высоту снегозадерживающих заборов проектировать не выше 5 м, так как при большей высоте резко возрастает стоимость заборов за счет увеличения заглубления столбов и увеличения их сечения. В этом случае, по его мнению, более экономичным будет устройство более низких заборов в два или три ряда.

Сплошные заборы, как это указано выше, собирают меньше снега, чем решетчатые, поэтому они применяются только в том случае, когда требуется одностороннее задержание снега. Во всех остальных случаях применяются решетчатые заборы.

При устройстве решетчатых заборов, для уменьшения их заносимости, а также и для увеличения снегосборности, оставляют просветы между землей и нижней панелью забора, а также и между панелями. Высоту просветов, в зависимости от общей высоты забора, можно проектировать до 0,5 - 0,8 м (см. рис. 44 - 49).

Рис. 44. Однопанельный деревянный забор с заполнением из досок (горбылей)

Устройство заборов требует значительных единовременных денежных затрат и расхода дорогостоящих материалов, поэтому проектировать их необходимо для каждого отдельного, по объемам снегоотложений, участка дороги. Составлять проект на забор можно только лишь для тех участков дорог, для которых объемы снегоотложений установлены за достаточное число лет.

Выбор конструкции забора, числа рядов забора, а также и материалов для изготовления деталей забора (столбы, панели) должен быть обоснован технически и экономически.

Оптимальная просветность решетчатых заборов была установлена Л.М. Дановским (1950 г.) В зависимости от возможной скорости ветров при переносе снега им были рекомендованы такие пределы общей просветности решетчатых заборов:

при скорости ветра до 15 м/сек.                                             - 0,47,

при скорости ветра до 20 м/ сек.                                            - 0,40,

при скорости ветра более 26 м/сек.                                        - 0,33.

В последнее время рекомендуют (см., например, ВСН 4-69, 1970 г.) для заборов, устанавливаемых в один ряд или в ближайшем к дороге ряду при устройстве в несколько рядов просветность решеток панелей назначать в 50 %, а для второго и третьего рядов заборов - даже 60 %.

Заборы (столбы и панели) могут быть деревянными, железобетонными или комбинированными (столбы железобетонные, панели деревянные).

Деревянные заборы могут быть однопанельными, двухпанельными и трехпанельными. Решетчатое заполнение панелей заборов следует делать вертикальным - такое заполнение лучше сопротивляется воздействию оседающего снега, особенно в весенний период, при таянии снега.

Возможная конструкция однопанельного деревянного забора приведена на рис. 44. Заполнение панелей производится досками или горбылями.

Возможные конструкции двухпанельных деревянных заборов приведены на рис. 45 - 47 (на рис. 45 - заполнение каждой панели досками или горбылями, на рис. 47 - заполнение нижней панели щитами, верхней - досками или горбылями, на рис. 46 - заполнение обеих панелей щитами).

Рис. 45. Двухпанельный деревянный забор с заполнением каждой панели досками или горбылями

Рис. 46. Двухпанельный деревянный забор с заполнением панелей из щитов

Рис. 47. Двухпанельный деревянный забор с комбинированным заполнением

В двух- и более панельном заборе между панелями можно делать разрывы.

В однорядных заборах или в первом ряду двух-трехрядного забора при высоте панелей не менее 1,5 - 2,0 м ширина разрыва может быть 0,4 - 0,5 м, во втором и третьем ряду многорядного забора при такой же высоте панелей ширина разрывов может быть 0,6 м. При меньших высотах панелей ширина разрывов между ними также должна быть меньше указанных выше величин.

Возможные конструкции двух- и трехпанельных железобетонных заборов приведены на рис. 48 и 49. Панели могут быть одинаковой и разных высот, причем за основу принимается панель большей высоты, меньшая же панель является доборной панелью, т.е. применяемой только тогда, когда основная панель имеет высоту большую, чем это требуется для устройства забора расчетной высоты.

Рис. 48. Двухпанельный железобетонный забор

Рис. 49. Трехпанельный железобетонный забор

Ямы для установки столбов (деревянных и железобетонных) копают ямокопателем, а устанавливают столбы при помощи передвижного крана.

Панели для железобетонных заборов изготовляют на полигонах железобетонных изделий, подвозят на место и устанавливают в пазы у столбов или путем применения крепежных хомутов при помощи передвижного крана.

Для лучшего использования снегозадерживающей способности заборов и для предотвращения повреждений, особенно при весенней осадке снега, заборы, особенно деревянные, наиболее правильно располагать перпендикулярно к направлению господствующих ветров, если даже при этом заборы будут расположены по отношению к дороге под тем или иным углом.

Если в одну из зим объемы снегоотложений окажутся более расчетного и может возникнуть опасность заноса дороги, то дополнительно к заборам следует применить устройства сезонного действия - переносные щиты или снежные траншеи.

Щиты могут быть выставлены или на гребень подветренного вала или в сторону поля с наветренной стороны на расстоянии от забора не менее 20 его высот, с последующими, если потребуется, перестановками.

Снежные траншеи должны прокладываться в поле с наветренной стороны забора, на расстоянии от забора не менее 10 - 12 его высот до первого ряда траншей.

В процессе эксплуатации железобетонных заборов никаких работ, кроме ежегодного весеннего осмотра после таяния снега, обычно в течение 30 лет не требуется при качественном выполнении работ по устройству забора.

Расчетный срок службы деревянных заборов также принимают в 30 лет. Однако за этот период забор может подвергаться одному капитальному и двум средним ремонтам. Кроме того, возможны текущие ремонты по замене поломанных единичных экземпляров обшивки забора.

13. ПРИДОРОЖНЫЕ СНЕГОЗАЩИТНЫЕ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЯ

13.1. Структура лесонасаждений

В полезащитном лесоразведении по воздействию на ветроснеговой поток применяются продуваемые, ажурные и непродуваемые лесные полосы.

Продуваемые полосы (см. рис. 50) формируются из высоких деревьев с густой кроной вверху и сквозным просветом, на высоту до 2-х м, внизу, без кустарника и с обрубкой сучьев на месте просвета. Такие полосы, как указано выше, применяются только при комплексном снегозадержании на полях и у дорог.

Рис. 50. Продуваемая лесная полоса

Ажурные полосы (см. рис. 51) формируются из деревьев различной высоты и частично кустарника, но с таким расчетом, чтобы у них была общая довольно большая просветность, достигающая, примерно, 55 - 65 %. Эти полосы должны внутри себя задерживать небольшое количество снега, образуя в то же время наиболее высокий вал за полосами, считая по направлению ветра. Применяются в полевых полосах при двухполосной и более системах расположения полос.

Рис. 51. Ажурная лесная полоса

Непродуваемые полосы (см. рис. 52) формируются из главных пород (высоких деревьев), сопутствующих пород (средней высоты деревьев) и обязательно из двух, а то и из трех рядов густого кустарника. Просветность их должна быть примерно 40 - 45 %, а отложения снега происходят внутри полос и по обеим их сторонам. Такие полосы весь приносимый и спокойно выпадающий снег должны задержать в зоне своего действия, без пропуска его в сторону дороги. Применяются они при однорядных и в придорожной полосе при двухполосной и более системах расположения полос.

Рис. 52. Непродуваемая лесная полоса

Главные древесные породы составляют основу всей лесополосы и обеспечивают ее устойчивость и долговечность. Отличаясь более высоким ростом, они определяют дальность защитного действия лесополосы.

Сопутствующие, или подгоночные, древесные породы отличаются меньшей высотой и, как правило, образуют второй ярус лесополосы. Назначение этой группы деревьев состоит в том, что они благоприятствуют росту главных пород: подгоняют их в высоту путем бокового отенения и затеняют почву, чем препятствуют развитию сорной растительности. Кустарники благодаря быстрому росту имеют большое почвозащитное значение - они препятствуют проникновению сорной растительности в полосы и способствуют накоплению влаги в почве. Кроме того, деревья главных и сопутствующих пород в связи с ростом теряют нижние сучья. Кустарники, что особенно важно в непродуваемых полосах, восполняют этот пробел и делают лесополосу непродуваемой или, в крайнем случае, ажурной.

13.2. Ширина и форма лесных полос

Придорожные снегозащитные лесонасаждения для защиты дорог от снега используются уже давно. Первое время применялись широкие лесополосы без разрывов внутри посадок. Ширина их, в зависимости от объемов снегоотложений, колебалась в пределах от 15 до 250 м. Однако в таких лесополосах отложения снега в связи с ростом деревьев происходят все более и более высоким валом, образующимся внутри полосы, что приводит к сильному повреждению деревьев - снеголому. Кроме того, в зонах сухих степей и полупустынь из-за недостатка влаги гибнут растения в середине полосы. Учитывая это, А.Ф. Рудзкий на XI совещательном съезде инженеров путей сообщения (1894 г.) высказал мысль о необходимости проектирования лесонасаждений в виде нескольких полос, имея в виду, что такие полосы будут снега задерживать больше. С тех пор начались поиски ширины лесополос, их формы и месторасположения по отношению к дороге и друг к другу.

В последнее время на железных дорогах в лесной, лесостепной и степной зонах с достаточным увлажнением применялись следующие конструкции снегозащитных лесонасаждений:

при снегоотложениях до 150 м³/м - однополосные, с общей шириной насаждений от 10 до 50 м;

при снегоотложениях до 200 м³/м - двухполосные, с общей шириной полос и разрывом между ними от 50 до 80 м;

при снегоотложениях до 400 м³/м - трехполосные, с общей шириной полос и разрывами между ними от 80 до 130 м.

На дорогах Урала, Сибири, Северного Казахстана, где объем снегоотложений на зиму превышает 400 м³/м, придорожные снегозащитные лесонасаждения рекомендуется выращивать из четырех, пяти и более полос.

Ширину разрывов между полосами рекомендуется делать от 10 до 30 м, а иногда и более.

В засушливых юго-восточных районах страны, включая Казахстан, применяются схемы насаждений, параметры которых даны в таблице 23.

Таблица 23

Полную ширину лесонасаждений определяют по формуле, предложенной А.А. Поветьевым:

                                                                  (25)

где B - полная ширина лесонасаждений и разрывов между ними от крайнего ряда путевой полосы до крайнего ряда полевой полосы, м;

Q_p - расчетный объем снегоотложений, м³/м;

h_p - расчетная рабочая высота посадок, зависящая от лесорастительных условий, м.

Расчетная рабочая высота посадок h_p по данным А.А. Поветьева может быть принята:

для мощных, выщелоченных и обыкновенных черноземов, а также и для серых лесных почв - 3,0 м;

для тяжелых суглинистых, подзолистых и смытых, а также слабосолонцеватых южных почв - 2,5 м;

для сухостепных районов с темно-каштановыми почвами и солонцеватыми южными черноземами - 2,0 м;

для каштано-солонцеватого комплекса и бурых почв сухой степи и полупустыни, где снегозащитные лесонасаждения создаются преимущественно из кустарников, - от 1,0 до 1,5 м.

Следует указать, что Б.В. Княжецким еще в 1962 г. было высказано соображение и дан метод расчета для проектирования продуваемых лесных полос, откладывающих основную массу снега за ними и в разрывах между ними. При этом разрывы получаются уже значительно большей ширины, чем указанные выше.

СоюздорНИИ для объемов снегоотложений до 150 м³/м предлагается одна узкая полоса из 4 - 8 рядов, для объемов до 250 м³/м - две полосы от 6 до 8 рядов в каждой. Для объемов снегоотложений более 200 м³/м СоюздорНИИ (см. Г.В. Бялобжесский, 1966 г.) применение одних лишь придорожных снегозащитных лесонасаждений считает нецелесообразным, так как требуется отвод слишком больших площадей земли.

При объемах снегоотложений более 250 м³/м СоюздорНИИ рекомендует усиливать предлагаемую им конструкцию насаждений для 200 м³/м дополнительными видами защиты, например, прокладкой снегозадерживающих траншей или установкой переносных щитов с полевой стороны насаждений.

Наиболее правильным методом защиты дорог от снега в районах с большими объемами снегоотложений СоюздорНИИ считает осуществление комплексного метода снегозадержания на полях и у дорог или создание в придорожной зоне плодово-ягодных садов.

Казфилиал СоюздорНИИ (см. «Создание снегозащитных насаждений рациональных конструкций в различных почвенных условиях Северного Казахстана», Алма-Ата, 1968 г.) придерживается точки зрения железнодорожников и для объемов снегоотложений более 200 м³/м рекомендует создание одних придорожных снегозащитных лесонасаждений с числом полос от 3 до 7 и с разрывами между ними в 60 и 80 м.

В ряде источников указывается на то, что межкулисные разрывы в придорожных снегозащитных лесонасаждениях не изымаются из пахотной площади земель совхозов и колхозов и дают возможность проводить в них механизированные сельскохозяйственные работы.

Для полноты изложения приведем высказывания различных исследователей о возможности использования разрывов между лесополосами как пахотных площадей, о наиболее целесообразном числе рядов кустарников и деревьев в лесополосе и о ширине разрывов между лесополосами.

Прежде всего следует указать, что, если проявлять заботу о пахотных площадях совхозов и колхозов, более логично применять комплексное снегозадержание на полях и у дорог, а не создание придорожных снегозащитных лесонасаждений. Снег к дороге приносит с полей и лугов, лежащих рядом, следовательно, нужно задержать его на этих полях и лугах, а не собирать около дороги, хотя бы и на довольно большой площади. Затраты на задержание снега на полях и лугах будут меньше, чем на сбор его около дороги. Прибавка урожая на таких полях и лугах быстро окупит все затраты на создание полезащитных лесных полос.

Известный специалист по придорожным снегозащитным лесонасаждениям А.А. Поветьев (1960 г.), анализируя результаты экспериментальной проверки работы многополосных снегозащитных насаждений с разрывами шириной от 10 до 30 м за период 1950 - 1960 гг., пришел к такому выводу: «Уже в 10 - 12-летнем возрасте, по материалам произведенных нами раскопок корневых систем деревьев, корни распространяются в разрывах на расстояние до 10 м от места посадки. В дальнейшем, в более старших возрастах, вся территория разрывов пронизывается корневой системой деревьев, произрастающих в узких лесных полосах. Из этого следует, что главные меры по уходу после смыкания насаждений должны быть направлены на накопление и сохранение почвенной влаги в разрывах. Категорически нельзя допускать на территории разрывов какие-либо посевы пропашных или фуражных культур, иссушающих почву, а также устройство проезжих дорог или назначать территорию разрывов под постройки».

Этот вывод сделан на основании серьезных и длительных исследований, и его не следует игнорировать.

Оптимальное количество рядов растений, создающих необходимое ветрозащитное действие, было определено А.Е. Дьяченко и Л.Т. Земляницким (1946 г.) по наблюдениям за существующими лесополосами. В результате они установили, что ветрозащитное действие 9, 10 и 43-рядных полос почти одинаково.

Г.В. Григорьев (1951 г.), наблюдая за работой 4-рядных полос из кустарников (лоха), пришел к заключению, что дальнейшее увеличение рядов не рекомендуется, потому что полосы становятся настолько плотными, что не продуваются даже штормовыми ветрами, и быстро заносятся снегом. Свои наблюдения Г.В. Григорьев проводил в условиях Карагандинской области около границы с пустыней Бетпак-Дала.

Оптимальное количество рядов растений в узких полосах определялось на их моделях, различных по ширине и степени продуваемости, в аэродинамической трубе А.А. Комаровым (1956 г.) и Н. Вудруфом и А. Цингой (1957 г.).

А.А. Комаров испытывал модели лесных полос, число рядов в которых менялось от 3 до 40. При увеличении числа рядов в полосе наблюдается падение скорости воздушного потока за полосой. Это падение достигает наибольшего значения примерно при 10 - 12-рядной полосе, а затем становится постоянным и не зависит от числа рядов в полосе. Длина ветровой тени за узкой (10 - 12-рядной) полосой равна 15 - 17-кратной высоте работающей части лесонасаждений.

Н. Вудруф и А. Цинг испытывали модели лесных полос с числом рядов 5, 7 и 10 и с разной формой поперечных сечений (см. рис. 53). Результаты опытов показали, что из четырех схем 10-рядной полосы наиболее эффективной оказалась полоса, построенная по схеме В. 5-ти и 7-рядные защитные полосы, показанные на рис. 53, обладают хотя и несколько меньшими, но также приемлемыми защитными свойствами. Длина полосы, где над поверхностью земли скорости ниже первоначальной, найдена в пределах от 23 до 29 высот работающей части насаждений.

Рис. 53. Схемы макетов лесных полос с разным числом рядов и их расположение по отношению к направлению ветра

Разрывы при засушливом климате нужны не только для лучшей обеспеченности растений влагой, но и для отложений при прочих равных условиях больших объемов снега. На рис. 54 (см. Г.В. Бялобжесский, 1966 г.) приведены отложения снега у моделей посадок с разрывами разной ширины, а на рис. 55 у натурных посадок, тоже с разрывами разной ширины. Эти рисунки наглядно показывают, что узкие разрывы снижают объем задерживаемого снега, а более широкие - увеличивают.

Рис. 54. Профили снежных отложений у моделей снегозащитных насаждений:

а - посадки с различной густотой растений в ряду; б - посадки с разным числом рядов

Рис. 55. Профили снежных отложений у посадок разрывных конструкций

Немаловажное значение для условий засушливого климата имеет и рост растений и их сохранность. К.А. Ивашкевичем (1960 г.) приводятся данные о состоянии растений в многорядных и узких полосах в условиях района ст. Желоман железной дороги Семипалатинск - Алма-Ата и на 11 и 12 км линии Красный Кут - Александров-Гай Приволжской железной дороги.

В районе Желоман, на 882 и 884 км железной дороги Семипалатинск - Алма-Ата, К.А. Ивашкевичем описаны 12-рядные и 5 - 7-рядные полосы, состоящие из одинаковых растений, высаженные в одно время и растущие в условиях одинакового ухода. Снегозащитные лесонасаждения на 882 км состоят из трех 12-рядных полос с разрывами в 20 и 12 м. Снегозащитные лесонасаждения на 884 км состоят из путевой 7-рядной и трех 5-рядных полос с шириной разрывов в 9 - 12 м.

После семи лет роста насаждений выяснилось, что в данных почвенно-климатических условиях наиболее устойчивыми оказались 5 - 7-рядные полосы разрывной конструкции, однако, разрывы между полосами должны быть не 9 - 12 м, а не менее 20 м для обеспечения соответствующей площади питания в узких полосах деревьев и кустарников.

На 11 - 12-м километрах линии Красный Кут - Александров-Гай были созданы снегозащитные насаждения из 4-х полос, из них полевая полоса 7-рядная, а остальные три - 5-рядные с шириной разрывов 9 м. Рядом по обе стороны пути в качестве контроля была посажена сплошная лесная полоса из 22 - 24 рядов. Все условия роста и ухода были одинаковыми.

В результате наблюдений за этими насаждениями на линии Красный Кут - Александров-Гай было установлено:

1. В первые годы жизни все породы при всех вариантах опытов в сплошных многорядных посадках и в 5 - 7-рядных полосах имели хороший рост и развитие.

2. В дальнейшем лучшие условия роста и развития создаются в 5 - 7-рядных полосах с разрывами.

13.3. Месторасположение лесных полос

Ознакомление с месторасположением лесных полос по отношению к дороге и друг к другу показывает, что расстояния от существующих лесных полос до дороги и ширина разрывов между полосами самые различные. Так, например, на перегоне дороги от Усть-Каменогорска до Черемшанки, протяженностью в 77 км, имеется с обеих сторон 67 участков снегозащитных лесонасаждений длиною от 100 до 3600 м, с возрастом насаждений от 2 до 15 лет, причем на подавляющем большинстве участков возраст насаждений не более 5 - 6 лет.

Из числа этих участков имеют расстояние от первого ряда до дороги:

в 12 м                                1 участок                  в 40 - 43 м           6 участков

в 14 - 16 м                        5      »                        в 45 - 48 м           2       »

в 17 - 18 м                        5      »                        в 51 - 55 м           9       »

в 20 м                                2      »                        в 57 - 58 м           3       »

в 24 - 25 м                        6      »                        в 60 - 63 м           7       »

в 27 - 29 м                        4      »                        в 65 - 69 м           3       »

в 30 - 34 м                        7      »                        в 75 м                  1       »

в 36 - 39 м                        7      »

Число рядов в полосах находится в пределах от 3 до 11. На 6 участках из 67 имеется по две полосы, разрывы между ними находятся в пределах от 14 до 25 м.

Различная величина расстояний от лесополос до дороги (чаще всего недостаточная), а также разрывов между полосами имеет место и на других дорогах Казахстана (см. В.Т. Федюшин, 1971 г.).

Для определения оптимального расстояния L от дороги до первого ряда придорожной лесополосы В.Т. Федюшин (1971 г.) предлагает формулу:

L = KHsinα,                                                          (26)

где K - дальность влияния лесополосы, в среднем равная десятикратной высоте древостоя;

H - высота древостоя;

α - угол встречи преобладающих переносов снега со снегозащитной полосой.

Пояснений, как определять высоту древостоя, в каком возрасте и по каким породам, В.Т. Федюшин не дает. Не дает он и пояснений, как определять угол α, за какой период и по какому показателю (продолжительность переносов снега или объемы переносимого снега). Как можно понять из дальнейшего, В.Т. Федюшин при объемах снегоотложений 400 - 600 м³/м и более считает возможным рекомендовать одну величину расстояния от дороги до первого ряда придорожной полосы, а именно 60 м. При этом не делается никаких оговорок ни о высоте древостоя, ни об угле α.

Величину разрыва между придорожной и промежуточной полосами В.Т. Федюшин дает в 60 м, а между последней промежуточной и полевой - в 80 м.

В.Т. Федюшин не указывает, какую следует принимать величину L при меньших объемах снегоотложений. Но эту величину дает В.Д. Казанский (1968 г.) в таких размерах:

при объеме снегоотложений    до    25 м³/м       -             20 м

              »                   »                        50    »          -             30 м

              »                   »                        100  »          -             50 м

              »                   »                        150  »          -             65 м

              »                   »                        250  »          -             50 м

Величину разрыва между полосами при объемах до 250 м³/м В.Д. Казанский дает в 50 м.

Весьма серьезные исследования влияния лесных полос на скорость ветра были проведены экспедицией Главной геофизической обсерватории при помощи уравновешенных шаров (см. Агролесомелиорация, 1959 г.). Результаты этих исследований приведены в виде графиков на рис. 56. Из рисунка видно, что влияние непродуваемых лесополос на скорость ветра распространяется на 8,5 высот лесополосы, ажурной - на 10 высот и продуваемой - на 11 высот. Отсюда вытекает, что коэффициент K в формуле В.Т. Федюшина следует принимать именно в этих величинах и потому расстояние между дорогой и придорожной полосой и между придорожной и промежуточной полосами не может быть одинаковым, как указывает В.Т. Федюшин, а должно быть разным, соответствующим указанному выше значению K в 8,5 высот и в 10 высот лесополосы.

Рис. 56. Ослабление ветра лесными полосами различной проницаемости по данным уравновешенных токов:

1 - продуваемая полоса; 2 - ажурная полоса; 3 - непродуваемая полоса

13.4. Снежные отложения у узких лесных полос

Наблюдения за отложениями снега у узких лесных полос в натурных условиях были проведены А.А. Комаровым (1954 г.) и на моделях в СоюздорНИИ (см. Г.В. Бялобжесский, 1966 г.).

А.А. Комаров провел наблюдения за тремя полосами, данные о которых приведены в таблице 25, а результаты наблюдений изображены на рис. 57 - 59.

Таблица 25

Рис. 57. Совмещенный график снегоотложений и скоростей ветра на высоте 1,0 м. Полоса № 1

Рис. 58. Совмещенный график снегоотложений и скоростей ветра на высоте 1,0 м. Полоса № 2

Рис. 59. Совмещенный график снегоотложений и скоростей ветра на высоте 1,0 м. Полоса № 3

Во всех случаях направление ветра к полосам было близким к 90°. В первой и второй полосах насаждения (деревья) были во взрослом состоянии, в третьей полосе кустарник также был во взрослом состоянии.

Как показывают рис. 57 - 59, максимальная высота снежного вала за полосами в зависимости от высоты работающей части лесонасаждений достигла 3,0 - 3,5 м, а общая длина отложений снега - 15 - 20-кратной высоты работающей части посадок. В самих полосах образовывался небольшой снежный вал высотою до 1,5 м, длина отложений снега перед полосами достигала 5 - 10-кратной высоты работающей части посадок.

СоюздорНИИ провел наблюдения за моделями 6 полос: первые три имели различную густоту растений в ряду, а вторые три - разное число рядов. Данные наблюдений приведены на рис. 54.

Для наглядности на рис. 60 (см. В.А. Чирков, 1960 г.) приводится график отложений снега в многорядной 17-летней лесной полосе, в которой основная масса снега отложилась в самой полосе, некоторая часть - перед полосой и совершенно нет отложений за полосой.

Рис. 60. График накопления снежных наносов в лесной полосе за густой опушкой по периодам за время с 7 ноября 1955 г. по 26 марта 1956 г.

13.5. Рациональный ассортимент пород для создания снегозащитных лесонасаждений

Данный вопрос детально разработан Казахским филиалом СоюздорНИИ. Рациональный ассортимент древесных и кустарниковых пород, разработанный Казахским филиалом СоюздорНИИ для Северного Казахстана применительно к различным почвенным разностям (см. Казахский филиал СоюздорНИИ, 1968 г.), приводится в таблице 26.

Таблица 26

Рациональный ассортимент древесных и кустарниковых пород, разработанный Казахским филиалом СоюздорНИИ для юга Казахстана применительно к различным почвенным разностям (см. Казфилиал СоюздорНИИ, 1968 г.) приводится в таблице 27.

Таблица 27

Перспективный ассортимент древесных и кустарниковых пород, рекомендуемых для выращивания снегозащитных и декоративных насаждений вдоль автомобильных дорог южной части Казахской ССР