Прогнозирование продолжительности периода разработки зимних лесосек в условиях Республики Коми Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Прогнозирование продолжительности периода разработки зимних лесосек в условиях Республики Коми

И. В. Григорьев1 Ф. В. Свойкин Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрен вопрос перехода температуры воздуха через 0 °С. Дан анализ колебаний годовой температуры воздуха по месяцам. Проанализирован переход температуры воздуха через 0 °С весной и осенью. Рассмотрены вопросы начала и окончания лесосечных работ на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми. Дана методика расчета дат начала и окончания лесосечных работ на зимних лесосеках. Приведена обеспеченность дат начала и окончания лесосечных работ на зимних лесосеках. Приведены критерии технологической надежности технологии лесосечных работ в предлагаемых условиях эксплуатации, технологического обеспечения заданных показателей качества и регламентации эксплуатации технологии. Приведена методика предсказания периода лесосечных работ.

Ключевые слова: температурный режим, начало лесосечных работ, окончание лесосечных работ, период лесосечных работ.

SUMMARY

The proved beginning and the ending of logging on winter cutting-areas in an average taiga of Komi Republic. The periods of logging on winter cutting-area are determined. Criteria of technology reliability of logging are given. The technique of the forecast period of logging is given.

Keywords: temperature regime, beginning of logging, ending of logging, periods of logging.

В зимний период вывозится примерно 40-60 % древесины. Обычно, если трактор Т-100 проходит по трассе и при этом не проваливается грунт на наиболее слабых участках, считается, что можно открывать движение автопоездов.

Среднемесячная температура воздуха по СНиП 2301-99 [4, с. 38] метеостанции Сыктывкар (Коми Республики) приведена на графике (рис. 1), на котором приведены среднемесячные температуры воздуха за 2002 и 2003 годы, взятые из таблиц метеорологических и агрометеорологических наблюдений (ТСХ-1) по данным наблюдений метеостанции Сыктывкара

1 Авторы - соответственно профессор и студент кафедры технологии лесозаготовительных производств.

© Григорьев И. В., Свойкин Ф. В., 2010

(Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Коми, Сыктывкар, м. Дырнос, 88). Таким образом, колебания температуры воздуха по отдельным годам аналогично колебанию среднемесячной температуры воздуха по СНиП 2301-99.

На зимних лесосеках заготовку древесины приостанавливают, когда невозможно вывозить древесину с лесосеки. Сроки проведения работ по строительству зимних дорог устанавливают ориентировочно, используя средние метеорологические данные, определяющие начало и окончание периода устойчивой морозной погоды, по материалам наблюдений ближайшей метеостанции [2, с. 25].

В 2002 году в средней тайге Республики Коми (метеостанция Сыктывкар) лесосечные работы были остановлены на зимних лесосеках в начале апреля. Колебания средней, максимальной и минимальной температуры воздуха за апрель месяц 2002 года по метеостанции Сыктывкар приведена на рисунке 2, из которого видно, что температура воздуха меньше 0 °С в начале и конце апреля. За дату устойчивого перехода средней суточной температуры через 0 °С весной принимается первый день периода, сумма положительных отклонений которого превышает сумму отрицательных отклонений любого из последующих периодов с отрицательными отклонениями [3, с. 9]. В 2002 году устойчивый переход средней суточной температуры через 0 °С был 3 апреля, что приведено на рисунке 2 и подтверждается научно-практическим справочником [1, с. 12].

В 2003 году в средней тайге Республики Коми (метеостанция Сыктывкар) лесосечные работы на зимних лесосеках были прекращены в конце апреля. Устойчивый переход средней суточной температуры через 0 °С был 27 апреля, что приведено на рисунке 3. Таким образом, за дату прекращения лесосечных работ на зимних лесосеках весной в средней тайге Республики Коми принимается дата устойчивого перехода средней суточной температуры через 0 °С. При этом следует учитывать температуру воздуха свыше 0 °С до наступления устойчивого перехода средней суточной температуры через 0 °С. При температуре воздуха больше 0 °С в дневное время вывозку древесины с лесосеки следует прекращать, а проводить в ночное время при отрицательных температурах.

На рисунке 4 приведен график изменения годовой температуры по месяцам по СНиП 23-01-99, по которому можно определить даты наступления устойчивого перехода средней суточной температуры через 0 °С в осенний и весенний периоды в средней тайге Республики Коми (метеостанция Сыктывкар), то есть период Т устойчивой погоды для проведения лесосечных работ на зимних лесосеках. Период в среднем составляет 178 дней с 16 октября по 11 апреля.

25

О

(С -

р. О

к

4 N

/ \

/ г \

// 'и \

/ V V "■г

1/ Ч*

2 3

{ 5

месяцы

Рис. 1. Графики зависимости среднемесячной температуры:

1 - за 2002 год; 2 - за 2003 год; 3 - по СНиП 23-01-99

дни

Рис. 2. Графики зависимости температуры в апреле 2002 года:

1 - максимальная; 2 - средняя; 3 - минимальная

дни

Рис. 3. Графики зависимости температуры в апреле 2003 года:

1 - максимальная; 2 - средняя; 3 - минимальная

Л

/ч Т-Н п 1

/ Л Сч

/ \ /

/ \ /

! 1

/ \ /

У V У

Ъцт ! 1

1 1

месяцы

Рис. 4. График определения периода лесосечных работ на зимних лесосеках

Начало лесосечных работ (осенью) на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми приведены в таблице 1. Методика расчета следующая. Наименьшее значение 23 сентября, а наибольшее значение 11 ноября. Для удобства вычислений по-

ложим 21 сентября за х;=1. Количество данных 54. Количество разрядов 13 [5, с. 32], которое вычисляется по формуле

к = 1+3,32 ^ пд , где к - количество разрядов; пд - количество данных.

(1)

При этом рекомендуется количество разрядов принимать от 12 до 15. Величина разряда равна 4. Обработка данных велась по стандартной методике с определением математического ожидания, дисперсии, среднего квадратического отклонения, центрального эмпирического момента, ассиметрии, эксцесса.

Проверка гипотезы о нормальном распределении производилась по критерию Пирсона [6, с. 251]. Обработка данных показала, что при обеспеченности 5 и 95 % начала лесосечных работ на зимних лесосеках средней тайги Республики Коми соответственно 26сентября и 29 октября.

Окончание лесосечных работ весной на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми приведены в таблице 1. Методика расчета следующая: аналогична методике расчета обеспеченности начала лесосечных работ на зимних лесосеках.

Таким образом, при обеспеченности 5 и 95 % окончания лесосечных работ на зимних лесосеках средней тайги Республики Коми соответственно 19 марта и 28 апреля.

Очевидно, что производственная мощность лесозаготовительного предприятия должна полностью покрываться запасом древесины на отводимых лесосеках. Это относится как по объему древесины, так и по объему выхода сортиментов. Объем заготовки древесины зависит от периода лесосечных работ на зимних лесосеках. Без учета периода работы на зимних лесосеках невозможно получить решения при определении необходимого объема поставок.

В качестве критерия при определении величины расчетной даты начала лесосечных работ принимается ежегодная вероятность превышения (обеспеченность) этой величины по аналогии с обеспеченностью расчетной гидрологической характеристикой [9]. Обеспеченность выражается в числе случаев или процентах. В средней тайге Республики Коми (метеостанция Сыктывкар) раннее начало лесосечных работ (5 % обеспеченность) соответствует 26 сентября, среднее начало (50 % обеспеченность) соответствует 13 октября, позднее начало (95 % обеспеченность) соответствует 28 октября. Период лесосечных работ на зимних лесосеках с начала лесосечных работ до конца года при 5% обеспеченности Трн.5% = 96 дней и соответственно Тс.н.50% = 79 дней и Тпн95% = 64 дня.

Окончание лесосечных работ весной на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми определяется аналогично, т. е. раннее окончание лесосечных работ

19 марта, среднее - 7 апреля и позднее - 28 апреля. Период лесосечных работ на зимних лесосеках с начала года до окончания лесосечных работ при 5 % обеспеченности Тро.5% = 79 дней, Тсо.50о/о = 97 дней, Тп.о.95% = 118 дней.

В разные годы могут быть раннее, среднее и позднее как начало, так и окончание лесосечных работ на зимних лесосеках. Варианты периодов лесосечных работ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Варианты периодов лесосечных работ на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми различной обеспеченности

С начала С начала Пе-

года до лесосечных риод Примеча-

№ окончания работ до за ние

лесосечных конца года, год,

работ, дни дни дни

1 Тр.о.5% = 79 Тр.н.5% = 96 175 Ранняя

2 Тр.о.5% = 79 Тс.н.50% = 79 158 весна 5 %

3 Тр.о.5% = 79 Тп.н.95% = 64 143 обеспеченность

4 Тс.о.50% = 97 Тр.н.5% = 96 193 Средняя

5 Тс.о.50% = 97 Тс.н.50% = 79 176 весна 50 %

6 Тс.о.50% = 97 Тп.н.95% = 64 161 обеспеченность

7 Тп.о.95% = 118 Тр.н.5% = 96 214 Поздняя весна 95 %

8 Тп.о.95% = 118 Тс.н.50% = 79 197 обеспеченность

9 Тп.о.95% = 118 Тп.н.95% = 64 182

Из таблицы 1 видно, что период лесосечных работ на зимних лесосеках в средней тайге Республики Коми самый неблагоприятный (Тнеблаг. = 143 дня) при ранней весне (Тро.5% = 79) и поздней осени (Тпн95% = 64), т. е. вариант 3; благоприятный (Тблаг. = 214 дней) при поздней весне (Тпо95% = 118) и ранней осени (Трн.5% = 96), т. е вариант 7; средний (Тсредн. = 176 дней) при средней весне (Тсо.50% = 97) и средней осени (Тсн.50% = 79), т. е. вариант 5.

Надежности технологии посвящен ряд работ, из которых фундаментальные [10, 11]. Рассмотрение надежности технологического процесса как сложной динамической системы является первым направлением, как в технологии машиностроения, так и в теории надежности в целом. Поэтому расчет и прогнозирование возможного поведения технологии лесосечных работ в предлагаемых условиях эксплуатации, технологическое обеспечение заданных показателей качества и регламентация эксплуатации технологии является основой для управления надежностью и обеспеченностью ее требуемого уровня.

В Республике Коми в средней тайге коэффициент технологической готовности лесосечных работ для зимних лесосек по результатам многолетних наблюдений принимается равным 1.

Коэффициент технологического использования -отношение математического ожидания суммарного времени пребывания технологии в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания технологии в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных климатическими параметрами за тот же период. Коэффициент технологического использования Ктехи. определяется по формуле:

К.

Тс

Т + Т

1 Р ^ 1 ПР

(2)

где Т

время пребывания технологии в рабочем состоянии; ТПР- время простоев технологии.

По формуле (2) определяется коэффициент технологического использования Ктехи. для технологии лесосечных работ средней тайги Республики Коми. Результаты Ктехи. приведены в таблице 2, при этом сумма период ТР и ТПР принимается 365 дней.

Таблица 2

Коэффициенты технологического использования Ктех.и. технологии лесосечных работ средней тайги Республики Коми в зависимости от вариантов периодов лесосечных работ на зимних лесосеках

№ Период лесосечных работ на зимних лесосеках, дни Коэффициент технологического использования Ктехи. Примечание

1 175 0,48 Ранняя весна

2 158 0,43 5 % обеспе-

3 143 0,39 ченности

4 193 0,53 Средняя весна

5 176 0,48 50 % обеспе-

6 161 0,47 ченности

7 214 0,59 Поздняя весна

8 197 0,54 95 % обеспе-

9 182 0,5 ченности

Прогнозировать период лесосечных работ на зимних лесосеках Республики Коми можно по обеспеченности (табл. 1) или по коэффициенту технологического использования (табл. 2).

работ на зимних лесосеках составляет 161-193 дня. Аналогично можно определить период лесосечных работ на зимних лесосеках любой обеспеченности.

Результаты прогнозирования следует учитывать при выборе оптимальных вариантов технологии, уточнения параметров и режимов работы технологии, оптимизации стратегии технологического обслуживания, разработки мероприятий по повышению надежности, планировании технологии лесосечных работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агроклиматический ежегодник за 2002-2003 сельскохозяйственный год : ежегодные данные : науч.-прикладной справ. по агроклиматическим ресурсам РФ. Вып. 1. Республика Коми. Сыктывкар, 2004. 168 с. (Сер. 1).

2. Инструкция по строительству, содержанию и эксплуатации снежных ледяных автомобильных лесовозных дорог. Архангельск: СевНИИП, 1982. 102 с.

3. Методические указания по составлению агрометеорологического ежегодника. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1988. 140 с. (Сер. 1).

4. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: Стройиздат, 1999. 57 с.

5. Лакин Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин. М.: Высш. шк., 1980. 293 с.

6. Гмурман В. Е. Руководство к решению задач по теории вероятности и математической статистике /

B. Е. Гмурман. М.: Высш. шк., 1998. 400 с.

7. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман. М.: Высш. шк., 1998. 479 с.

8. Свойкин В. Ф. Рациональное лесопользование в Республике Коми / В. Ф. Свойкин, Б. П. Евдокимов, М. Н. Шостак // Сборник научных трудов. № 5 / Под общ. ред. Н. Д. Цхадая. Ухта: УГТУ, 2002.

C. 100-105.

9. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик. Введ. 1984. 07-01-М.: Госстрой СССР: Изд-во стандартов, 1983. 97 с.

10. Проников А. С. Технологическая надежность станков / А. С. Проников. М.: Машиностроение, 1971. 344 с.

11. Проников А. С. Надежность машин / А. С. Проников. М.: Машиностроение, 1978. 592 с.

Расчет показал, что при ранней весне (5 % обеспеченности) доверительный период 143-175 дней, при средней весне 161-193 дня, при поздней весне 182 -214 дней. Коэффициент технологического использования наибольший при поздней весне (95 % обеспеченности) и составляет от 0,5 до 0,59.

В средней тайге Республики Коми период лесосечных работ зимних лесосек можно уточнять в мае месяце, так, например, если ранняя весна (5 % обеспеченности), то период лесосечных работ на зимних лесосеках составляет 143-175 дней, при средней весне (50 % обеспеченности) - период лесосечных