CC BY
37
УДК 631.432.4
О.В. Кормилицына, В.В. Бондаренко
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РАСЧЕТА ВОДНОГО БАЛАНСА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ*
Изложены основные принципы расчета перехвата осадков растительностью в условиях города. Выявлены особенности влияния этого процесса на водный баланс урбанизированных территорий.
Ключевые слова: водный баланс, перехват осадков растительностью, индекс листовой поверхности.
При изучении водного баланса урбанизированных территорий необходимо учитывать влияние древесной и травянистой растительности на перераспределение осадков и, как следствие, уменьшение поступления влаги в почву и снижение интенсивности эвапотранспирации [6].
По оценкам разных авторов, процент перехвата осадков листовой поверхностью деревьев и травянистой растительностью может достигать 5 ... 30, а в ряде случаев 60 [1, 2, 5]. Таким образом, надо оценивать не все количество осадков, а лишь «эффективные», которые достигли почвенного профиля и могут быть использованы растениями.
Для расчета перехвата необходимо определить: общее количество осадков, площадь участка, площадь проекций крон деревьев на нем, индекс листовой поверхности, проективное покрытие травянистой растительностью и ряд других параметров.
С использованием подходов, предложенных A.R. Aston и D.L. Spit-tlehouse, T.A. Black [3, 7], получено регрессионное уравнение для оценки перехвата осадков деревьями:
hrees = P[1 - (0,0063 LAI2trees - 0,1525 LAItrees + 1,3039)], R2 = 0,97, где Itrees - перехват осадков деревьями, мм;
P - общее количество осадков, мм;
LAI trees - индекс листовой поверхности деревьев, ед.
Таблица 1
Значения показателей, необходимых для расчета _перехвата осадков растительностью_
Значения показателей по периодам
Показатели 15.04.0415.05.04 16.05.0414.06.04 15.06.0416.07.04 17.07.0416.08.04 17.08.0414.09.04 15.09.0415.10.04
У S area, м ^ Scrawn? м гл. Хабаро 180,0 37,7 вская, алл 180,0 37,7 ея деревье 180,0 37,7 :в 1-11 180,0 37,7 180,0 37,7 180,0 37,7
* Работа выполнена по международному проекту № 047.014.014.
У 9 /S ^ °crown 7 0area 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21
LAI trees, ед- 1,85 2,70 3,52 4,17 3,21 1,80
LAI grass, ед- 0,54 0,74 0,81 0,82 1,11 0,86
bgrassy ед- 0,237 0,309 0,333 0,336 0,426 0,349
Пр. Сахарова Аллея деревьев 2-4; 6-10
S area, M 619,0 619,0 619,0 619,0 619,0 619,0
Y Scrawny M 347,8 347,8 347,8 347,8 347,8 347,8
Y S /S ^ ^crown/ ^area 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56
LAI trees, eg. 4,25 5,45 5,94 6,06 5,52 4,24
LAI grass, eg. 1,10 1,19 1,24 1,30 1,25 0,81
bgrassy eg. 0,423 0,448 0,462 0,478 0,465 0,333
Аллея деревьев 1-7 (I-III)
S area, M 281,0 281,0 281,0 281,0 281,0 281,0
Y Scrowny M 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7 109,7
Y S /S crown area 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39
LA1 trees, eg. 3,18 4,04 4,49 4,36 3,88 2,68
LA1 grass, eg. 1,17 1,02 1,03 1,14 1,17 0,74
bgrass, eg. 0,443 0,400 0,402 0,434 0,443 0,309
Сокольники (ул. Стромынка) Аллея деревьев 1*-10*
S area, м 288,0 288,0 288,0 288,0 288,0 288,0
У Scrown м 82,3 82,3 82,3 82,3 82,3 82,3
У S /S crown area 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29
LAI trees, ед. 4,86 5,56 6,05 6,03 5,64 4,68
LAI grass, ед* 1,31 1,16 1,01 1,00 1,15 1,14
bgrass, ед 0,481 0,440 0,396 0,393 0,437 0,434
S area, м Группа деревьев 1-4
115,0 115,0 115,0 115,0 115,0 115,0
У Scrown м 59,2 59,2 59,2 59,2 59,2 59,2
У S /S crown area 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52 0,52
LAI trees, ед. 5,12 6,32 7,11 6,54 5,77 4,20
LA1 grass, ед- 4,81 2,22 1,00 2,59 0,55 0,81
bgrass, ед 0,910 0,670 0,393 0,726 0,240 0,333
Эта формула адекватно оценивает перехват осадков деревьями при условии, что их ежедневное количество не превышает 10 ... 12 мм и LAI > 2,5. Расчет проводили для каждого дня с осадками, затем полученные данные суммировали по периодам. Дни с количеством осадков более 10 ... 12 мм исключали из расчетов.
Кроме перехвата осадков деревьями, необходимо учесть влияние травянистой растительности. При этом следует рассчитать перехват на участках вне крон деревьев (только травой) и под кронами (комбинация деревьев и травы). Для этого использовали формулу Von Hoyningen-Huene и Braden [4]:
Igrass a LAIgrass
1 --
1+-
bP
aLAI
grass у
где - перехват осадков травой, мм;
а - эмпирический коэффициент, а = 0,25 мм; Ь - проективное покрытие травой, ед.; ЬА1гга!;х - индекс листовой поверхности травы, ед.
Для расчета перехвата осадков деревьями и травой использовали формулу
(
comb
S
crown J i trees
1 -
Л
Sa
■ grass '
где 1сотЬ - перехват осадков деревьями и травой, мм; ^сгокт - сумма площадей проекций крон, м2;
$агеа - площадь участка, м2.
Необходимые для расчета показатели (табл. 1) определяли на участках с древесной и травянистой растительностью в г. Москве по периодам вегетации 2004 г. Общее количество осадков в эти периоды и значения перехвата осадков растительностью представлены в табл. 2-4.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что перехват осадков растительностью в условиях города может составлять 2 ... 35 % в зависимости от периода вегетации, развития листовой поверхности, состояния
Таблица 2
Общее количество осадков по периодам вегетации
Период Количество осадков, мм Период Количество осадков, мм
15.04.04-15.05.04 33,2 17.07.04-16.08.04 109,0
16.05.04-14.06.04 48,3 17.08.04-14.09.04 68,2
15.06.04-16.07.04 244,0 15.09.04-15.10.04 35,9
1
Таблица 3
Значения перехвата осадков растительностью
Перехват осадков по периодам, мм
Показатели 15.04.0415.05.04 16.05.0414.06.04 15.06.0416.07.04 17.07.0416.08.04 17.08.0414.09.04 15.09.0415.10.04
Ул. Хабаровская аллея деревьев 1-11
Itrees - 0,63 7,93 5,09 1,73 -
Igrass 0,69 1,29 2,22 1,16 1,39 1,53
Icomb 0,69 1,92 10,16 6,25 3,12 1,53
Пр. Сахарова Аллея деревьев 2-4; 6-10
^¡геез 4,28 9,20 51,88 23,74 13,21 4,61
0,90 1,44 2,13 1,17 0,90 0,62
1сотЬ 5,19 10,64 54,01 24,91 14,11 5,23
Аллея деревьев 1-7 (1-111)
^¡геез 1,52 3,94 24,15 10,26 5,13 0,83
^газэ 1,36 1,61 2,34 1,38 1,15 0,75
1сотЬ 2,88 5,55 26,49 11,64 6,28 1,58
Сокольники (ул. Стромынка)
Аллея деревьев 1*-10*
гееэ 2,78 4,89 27,46 12,22 7,04 2,83
^газэ 1,85 2,24 2,66 1,36 1,31 1,59
1сотЬ 4,63 7,13 30,12 13,58 8,35 4,42
Группа деревьев 1-4
^¡гееэ 5,38 10,25 58,61 24,03 12,99 4,21
^газэ 6,11 3,49 1,78 2,86 0,31 0,67
1сотЬ 11,49 13,75 60,38 26,89 13,30 4,88
Примечание. Когда ЬЛ11геев < 2,5, осадки перехватываются только травой,
1сотЬ
Таблица 4
Доля перехвата осадков растительностью от общего количества осадков
Процент перехвата осадков по периодам
Объект 15.04.04- 16.05.04- 15.06.04- 17.07.04- 17.08.04- 15.09.04-
15.05.04 14.06.04 16.07.04 16.08.04 14.09.04 15.10.04
Ул. Хабаровская,
аллея деревьев 1-11 2,1 4,0 4,2 5,7 4,6 4,3
Пр. Сахарова:
аллея деревьев 2-4; 6-10 15,6 22,0 22,1 22,9 20,7 14,6
аллея деревьев 1-7 (1-111) 8,7 11,5 10,9 10,7 9,2 4,4
Сокольники
(ул. Стромынка):
аллея деревьев 1*-10* 13,9 14,8 12,3 12,5 12,2 12,3
группа деревьев 1-4 34,6 28,5 24,7 24,7 19,5 13,6
растительности и почв, интенсивности осадков и других климатических параметров. В ряде случаев перехват настолько значителен, что сказывается на других статьях водного баланса. Например, уменьшение содержания влаги в почве приводит к снижению интенсивности транспирации, растения начинают испытывать водный стресс, возрастает конкуренция за воду и питательные элементы между древесной и травянистой растительностью. В этом случае необходимо принимать меры по улучшению водного режима почв урбанизированных территорий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молчанов, А.А. Гидрологическая роль леса [Текст] / А.А. Молчанов. - М.: АН СССР, 1960. - 487 с.
2. Роде, А.А. Почвоведение [Текст] / А.А. Роде. - М.; Л.: Гослесбумиздат, 1955. - 522 с.
3. Aston, A.R. Rainfall interception by eight small trees [Тех^ / A.R. Aston // Division of Plant Industry. - Canberra: CSIRO, 1979. - P. 383-395.
4. Feddes, R.A. Soil Physics and Agrohydrology [Тех^ / R.A. Feddes, J.C. Dam van, J.P.M. Witte // Lecture Notes, Chair Soil Physics, Agrohydrology and Groundwater Management. - Wageningen, The Netherlands: Wageningen University, 2003. - P. 9-11
5. Landsberg, J.J. Physiological ecology of forest production [Тех^ / J.J. Landsberg. - London: Academic press, 1986. - P. 133-164.
6. McNaughton, K. Predicting effects of vegetation changes on transpiration and evaporation [Тех^ / K. McNaughton, P.G. Jarvis; еd. T.T. Koslowski. // Water deficits and plant growth. - New York: Academic press, 1983. - Vol. 7. - P. 1-47.
7. Spittlehouse, D.L. A growing season water balance model used to partition water use between trees and understorey [Тех^ / D.L Spittlehouse, T.A. Black // Proceedings of the Canadian Hydrology Symposium. Associate Committee on Hydrology. - Ottawa: National Research Council of Canada, 1982. - P. 195-214.
Московский государственный университет леса
Поступила 01.10.07
O.V. Kormilitsyna, V.V. Bondarenko
Some Aspects of Water Balance Estimation in Urbanized Territories
The main calculation principles of precipitation capture by vegetation in the municipal conditions are stated. Peculiarities of this process influence on the water balance of the urbanized territories are revealed.
