CC BY
53
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
делий внутри страны и также в кооперации с лучшими зарубежными фирмами по закупке технологического оборудования, отдельных узлов и комплектующих; повышение надежности лесных машин;
- создание служб по ремонту и сервисному обслуживанию дорогостоящей лесозаготовительной техники, подготовка операторов многооперационных машин и специалистов по организации их эффективной работы;
- разработка рыночного механизма взаимоотношений предприятий государственного и частного сектора в области лесозаготовок, интенсивное включение в лесозаготовительное производство мелких фирм и заготовителей;
- доведение лесотранспортной сети до требуемых нормативов;
- наращивание объемов различных видов топлива из древесной биомассы (ввод в
эксплуатацию 161 энергоисточника на местных видах топлива с электрической мощностью 47,5 МВт и тепловой мощностью 1025,7 МВт);
- обеспечение высокорентабельного лесозаготовительного производства и устойчивого финансового положения предприятий отрасли.
Библиографический список
1. Состояние и использование лесов Республики Беларусь. - Минск: ENPI-FLEG, 2010. - 28 с.
2. Федоренчик, А.С. Типизация лесных территорий Беларуси для разработки требований по организации и проведению лесосечных работ / А.С. Федоренчик, И.В. Соколовский // Труды Бел. гос. технол. ун-та. Сер. II. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. - Минск: БГТУ, 1999. -Вып. VII. - C. 8-12.
3. Федоренчик, А.С. Энергетическое использование низкокачественной древесины и древесных отходов / Монография / А.С. Федоренчик, А.В. Лед-ницкий. - Минск: БГТУ, 2010. - 446 с.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ
оценки лесосечных отходов методом линейных пересечений
Е.Н. ЩЕРБАКОВ, доц. МГУЛ канд. техн. наук,
С.П. КАРПАЧЕВ, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, д-р техн. наук
Древесные ресурсы в виде веток, вершинок и сучьев, образующиеся на лесосеке как побочные продукты деятельности лесозаготовительных предприятий принято называть лесосечными отходами. В России в настоящее время такие дополнительные ресурсы используются недостаточно эффективно. Напротив, в развитых странах, таких как Финляндия и Швеция, лесосечные отходы рассматриваются как важнейший источник для роста лесной биоэнергетики.
Лесохозяйственные требования устойчивого лесопользования предусматривают контроль за образованием лесосечных отходов. Нормы требуют того, чтобы все отходы были собраны и удалены с лесосеки. В крайнем случае, их следует сжечь. Исследования показывают, что если данный вид отходов использовать как древесное топливо для мес-
scherbakov@mgul.ac.ru, karpachev@mgul.ac.ru
тных нужд, то очитка лесосек от отходов может быть экономически выгодной. По мнению заинтересованных местных органов исполнительной власти, наибольший эффект может быть достигнут, если передать сбор и переработку отходов малым специализированным предприятиям. В этом случае информация о количестве и качестве лесосечных отходов для малых предприятий становится решающей в их успешной экономической деятельности.
Таким образом, эффективное решение лесохозяйственных и производственных задач использования лесосечных отходов связано с информацией о количестве и качестве этого вида дополнительного древесного сырья. Такая информация должна быть точной и оперативной.
В настоящей статье приведены некоторые экспериментальные исследования од-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
179
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
ного из методов, применяемого для количественной и качественной оценки лесосечных отходов, образующихся на лесосеке после сортиментной заготовки леса. Скопления ветвей, сучьев и вершинок в виде куч характеризуются малыми концентрациями и большой территорией распространения и представляют собой, с точки зрения их оценки, наиболее сложный тип лесосечных отходов.
Для количественной и качественной оценки лесосечных отходов предлагается использовать статистический метод, основанный на теории линейных пересечений и именуемый в дальнейшем как метод линейных пересечений (далее - МЛП) [1]. Этот метод хорошо зарекомендовал себя на практике [2-5]. Суть данного метода заключается в том, что на территории лесосеки намечают так называемые линии отбора (такие линии, на практике, могут и не проводиться, а учетчик может просто двигаться по выбранному направлению через лесосеку). Все скопления лесосечных отходов, которые пересекаются с линиями отбора, учитываются. Учтенные
скопления представляют собой выборку, по которой можно дать количественную и качественную оценку всему скоплению. Например, оценить объем отходов, загрязненность древесины минеральными примесями и т.п. Таким образом, метод линейных пересечений представляет собой один из статистических методов учета. Такие методы учета широко применяются в лесном хозяйстве, например в таксации. Они зарекомендовали себя как достаточно точные и наименее трудоемкие.
В проведенных авторами теоретических исследованиях МЛП скопления лесосечных отходов были представлены в виде куч правильной круговой формы в плане с радиусом R.
Рассмотрим плоский прямоугольный участок лесосеки размером L*H. Пусть на участке находится N скоплений лесосечных отходов (рис. 1).
Будем считать, что все скопления лесосечных отходов имеют форму круга постоянного радиуса R. Пусть координаты центров скоплений X, Y подчиняются равномерному
Рис. 1. Схема учета скоплений лесосечных отходов
180
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
закону распределения на интервалах [0, H], [0, L\. Проведем через участок линию отбора длиной l. Пусть угол ориентации этой линии Ф также подчиняется равномерному закону распределения и определен на интервале [-п/2, +п/2\. Вероятность того, что произвольно выбранная линия l пересечет скопление радиусом R, будет равна
р(+|й)=^, (1)
где Q+ -область благоприятных событий (пересечение скопления с линией отбора);
Q - полная система событий (всевозможные положения скопления на площадке). Определим область благоприятных событий (пересечение скопления с линией отбора) Q+. Будем считать, что
l > 2R. (2)
Используя теорию геометрических вероятностей, мы получили формулу для оценки количества скоплений лесосечных отходов N на лесосеке
оц.
N0,=~
I
(3)
где p -вероятность пересечения скопления линией отбора; n -число линий отбора; l . - длина i-ой линии отбора;
F -площадь лесосеки; т. -число скоплений, пересеченных i-й линией отбора.
Если объем скоплений лесосечных отходов представить, например, в виде цилиндров высотой h, а линии отбора имеют одинаковую длину l, то формула (3) преобразуется к виду, удобному для оценки объема отходов, приходящегося на единицу площади лесосеки, м3/м2
~ п-К -R h]
Y — р ср- (J-*-
2-1
(4)
п
где Kp - коэффициент полнодревесности куч лесосечных отходов;
Rcp _ средний радиус скоплений;
h - высота /-ого скопления лесосечных отходов;
к - число скоплений, пересеченных линиями отбора.
Из формулы (2) легко получить формулы для оценки и других характеристик лесосечных отходов, например, для оценки засоренности их минеральными примесями или влажности древесины, что очень важно при использовании отходов в качестве древесного топлива.
Полученные теоретическим путем формулы для оценки лесосечных отходов решено было опробовать на практике.
Натурные эксперименты проводились на лесном участке Щелковского учебно-опытного лесхоза МГУЛ в 38 квартале Фряновско-го лесохозяйственного участка в Московской области.
Данный лесной участок в конце июня 2010 г. подвергся удару урагана, приведшего к многочисленным ветровалам [3\. Ураган повалил деревья полосами шириной 50-100 м и длиной сотнями метров. В 2011 г. на этом лесном участке были заготовлены поваленные деревья с использованием харвестера. В результате на лесосеке остались скопления лесосечных отходов в виде куч (рис. 2), количество которых и решено было определить по методике МЛП [4, 5\.
Для экспериментов на участке была заложена пробная площадь прямоугольной формы размером 80*200 м (рис. 3). Необходимо отметить, что на данном участке в 2010 г. уже проводилась оценка ветровальной древесины, которая находилась на этом участке ранее [3\.
В полевых условиях участок разбивали в соответствии с правилами геодезии с использованием металлической мерной ленты, вешек и нивелира (рис. 4).
Учет кучевых скоплений лесосечных отходов проводился по линиям отбора, которые начинались на одной стороне опытного участка и заканчивалась на противоположной стороне, пересекая весь участок по ширине. Координата Х начала каждой линии отбора на одной стороне участка определялась случайным образом (с использованием генератора случайных чисел) и фиксировалась первой вешкой. Вторая вешка устанавливалась на противоположенной стороне участка так, чтобы линия отбора проходила нормально к среднему вектору направления большей стороны участка. Линию отбора ориентировали
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
181
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Рис. 2. Скопления лесосечных отходов после харвестерной заготовки
Рис. 3. Схема опытного участка
визуально, без использования каких-либо геодезических угломерных инструментов.
Всего было применено 30 линии отбора. Учитывали все скопления лесосечных отходов, пересеченные каждой линией. У всех
скоплений лесосечных отходов, пересеченных линией отбора, измеряли периметр методом хорд (рис. 5).
В данной статье приводятся результаты оценки только числа скоплений лесосечных
182
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
Рис. 4. Разбивка опытного участка
отходов. Для этого достаточно учесть только число скоплений, пересеченных каждой линией отбора, и знать средний радиус скоплений. В экспериментах средний радиус был получен по результатам обработки измерений периметров скоплений, пересеченных линиями отбора.
Результаты обработки данных учета скоплений лесосечных отходов приведены ниже.
- Средний диаметр куч лесосечных отходов, вычисленный по периметрам - 2,76 м.
- Всего кучевых скоплений лесосечных отходов - 47 шт.
- Оценка числа кучевых скоплений на участке по 30 линиям отбора - 51 шт.
- Дисперсия по выборке пересеченных кучевых скоплений лесосечных отходов - 899,31.
- Доверительный интервал выборки пересеченных кучевых скоплений для уровня значимости 5 % - ±11,2 шт.
- Отклонение оценки числа кучевых скоплений от истинного - -8,5 %.
Полученные данные были обработаны по правилам математической статистики с использованием формул МЛП, приведенных выше.
Оцененное число скоплений лесосечных отходов на пробном участке, полученное по МЛП, составило 51 шт. Оценка оказалась в пределах доверительного интервала (от 35 до 57 скоплений) для уровня значимости 5 %.
Действительное число скоплений лесосечных отходов, полученное по результатам сплошного перечета, оказалось равным 47 шт. Отклонение оценки числа скоплений методом линейных пересечений от действительного значения составило 8,5 %.
Как уже отмечалось выше, оценка числа скоплений лесосечных отходов проводилась по данным, полученным с 30 линий отбора. Такое число линий оказалось избыточным. Статистическая обработка результатов эксперимента показала, что для уровня значимости 5 % достаточно было бы 15-20 линий отбора для оценки с доверительной ве-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
183
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Рис. 5. Измерение периметра скопления лесосечных отходов методом хорд
роятностью 20 % количества всех скоплений лесосечных отходов на пробном участке.
Экспериментальное исследование МЛП для оценки скоплений лесосечных отходов, позволило сделать следующие выводы:
- применение МЛП позволяет с достаточной для практики точностью оценивать скопления лесосечных отходов, образующиеся после харвестерной заготовки леса;
- применение МЛП не требует специальной подготовки, однако сопряжено с определенными трудностями работы в полевых условиях и требует повышенного внимания и соблюдения требований техники безопасности;
- применение МЛП в дальнейшем может иметь большие перспективы при использовании дистанционных методов и современных средств измерений.
Библиографический список
1. Карпачев, С.П. Оценка объема и качества скоплений бревен в водоемах: монография / С.П. Карпачев. - М.: МГУЛ, 2004. - 89 с.
2. Карпачев, С.П. Теоретические исследования вероятностных характеристик оценки скоплений от-
ходов методом линейных пересечений / С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков // Вестник МГУЛ-Лесной вестник, № 4 (67) - 2009.- С. 97-99.
3. Щербаков, Е.Н. Количественная оценка ветровально-буреломной древесины / Е.Н. Щербаков, С.П. Карпачев // Лесопромышленник, сентябрь-октябрь № 3 (55) - 2010. - С. 8-12.
4. Щербаков, Е.Н. Количественная оценка лесосечных отходов после сортиментной заготовки леса харвестерами / Е.Н. Щербаков, С.П. Карпачев, А.Н.Слинченков // Лесопромышленник, декабрь-январь, № 4 (56) - 2010. - С. 29-31.
5. Карпачев, С.П. Количественная оценка скоплений лесосечных отходов после харвестерной заготовки леса / С.П. Карпачев, Е.Н.Щербаков // Лесопромышленник, № 3 (59) 2011.- С. 22-25.
6. Карпачев, С.П. Проблемы развития биоэнергетики на основе древесного сырья в России / С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, А.Н. Комяков, А.Н. Слинчен-ков // Вестник МГУЛ-Лесной вестник, № 4 (73) - 2010. - С. 70-74.
7. Комяков, А.Н. Применение большегрузных плавучих контейнеров для нужд биоэнергетики / А.Н. Комяков, С.П. Карпачев // Вестник МГУЛ-Лесной вестник, № 4 (73) - 2010. - С 104-107.
8. Карпачев, С.П. Некоторые вопросы освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики / С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, А.Н. Комяков // Вестник МГУЛ-Лесной вестник, № 4 (73) - 2010. - С. 107-111.
184
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
