Однією з важливих гідрологічних властивостей лісу є його вплив на формування, а також зниження інтенсивності паводкового стоку, який виникає при зливах, тривалих затяжних дощах та швидкому таненні снігу, яке в Карпатах нерідко супроводиться дощами. В деревостанах порівняно з іншими рослинними угрупованнями створюються сприятливіші умови для трансформації поверхневого стоку у грунтовий завдяки високій інфільтраційній здатності лісових грунтів. Викликана вона специфічним їх утворенням, тобто тривалим впливом лісу на грунтотворні процеси. Проте властивість лісу регулювати паводки залежить від багатьох природних факторів. Вбирання вологи грунтом зумовлене його водно-фізичною і, в першу чергу, інфільтраційною та водоутримуючою здатністю. При їх оптимальному значенні спостерігається мінімальний поверхневий стік. Але підвищення водоутримуючої здатності грунту може бути також причиною збільшення поверхневого стоку, оскільки інфільтраційні властивості насиченого вологою грунту знижуються (Львович М. І, 1953). Ці особливості формування водного режиму грунтів мають важливе значення для регіону Карпат, для якого характерне значне атмосферне зволоження.

На посилення паводкового схилового стоку певного мірою впливає гірський рельєф, бо він прискорює стік води. На схилах Карпат поширені щебенисті, нерідко малопотужні грунти. Наявність скелету зумовлює інтенсифікацію дренажу цих грунтів й одночасне формування підповерхневого, або контактного по водоупору, підземного стоку. Його називають ще тимчасово зарегульованим грунтовим стоком. Формується він у приповерхневій гіпергенній зоні гірських порід.

Особливості та інтенсивність паводкового стоку залежать не лише від природних факторів, а й значною мірою від господарської діяльності людини (рубки лісу, випасання худоби тощо), в процесі якої часто порушується екологічна рівновага, що встановилася протягом тривалого часу.

З’ясувати вплив лісу на зарегульованість паводків допомогли багаторічні активні експерименти на стаціонарі «Свалява». Досліджувалась зарегульованість паводкового стоку при наявності лісової рослинності, ступінь її порушення в результаті проведення рубок та відтворення зарегульованості паводків під впливом природного лісовідновлення.

Величина паводків в першу чергу визначається кількістю опадів. Проте на бурхливість окремих паводків істотно впливає цілий ряд гідрокліматичних чинників. Це передусім неоднакова інтенсивність опадів та ще в більшій мірі різний ступінь попереднього зволоження грунту. Щоб проаналізувати вплив цих факторів на енергію формування паводків, усі опади згруповано за градаціями величин як за період калібрування водозборів, так і після проведення рубок лісу. В свою чергу, кожна градація опадів ділилась на дві категорії: перша — із попереднім зволоженням водозборів, друга — без зволоження (табл. 5). Середні числові показники для всіх градацій стокоформуючих опадів за тривалий період спостережень показали, що із збільшенням опадів відповідно зростає коефіцієнт паводкового стоку.

Для визначення впливу рубок лісу на природну зарегульованість паводків розглянемо співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку водозборів, пройдених рубками, і контрольного. Ці співвідношення показали, що період після рубок був більш багатоводним.

За період калібрування паводковий стік для всіх трьох водозборів був приблизно однаковий. Відношення коефіцієнтів паводкового стоку між І і III водозборами за період із попереднім зволоженням коливається від 0,8 до 1,7. Для усіх градацій стокоформуючих опадів ця величина становить у середньому 1,1, а за період без попереднього зволоження водозборів — 1. Це значить, що паводковий стік у першому випадку на І водозборі був на 10 % більший, ніж на контрольному. Без попереднього зволоження формування паводкового стоку було однаковим. Що ж до аналогічного співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку II і III водозборів, то у першому випадку (з попереднім зволоженням) паводковий стік з II водозбору був на 50 % більший, ніж з контрольного. У другому випадку, тобто без попереднього зволоження водозборів, різниці не виявлено.

Таблиця 5. ЗАЛЕЖНІСТЬ ПАВОДКОВОГО СТОКУ ВІД ВЕЛИЧИНИ СТОКОФОРМУЮЧИХ ОПАДІВ ТА СТУПЕНЯ ПОПЕРЕДНЬОГО ЗВОЛОЖЕННЯ ВОДОЗБОРІВ

Примітки: + з попереднім зволоженням водозборів; – без зволоження.

Після рубок лісу коефіцієнти паводкового стоку зросли за рахунок збільшення загальної водності і внаслідок рубок на І і II водозборах. Якщо на контрольному водозборі за період калібрування коефіцієнти паводкового стоку коливались від 0,03 до 0,28, то після рубок — від 0,03 до 0,44, хоч на цьому водозборі рубок не було. Більш помітні зміни відбулися на водозборах, пройдених рубками. Так, на І водозборі після суцільної рубки коефіцієнти паводкового стоку для усіх стокоформуючих опадів коливались за періоди з попереднім зволоженням від 0,23 до 0,94, а за періоди без попереднього зволоження — від 0,04 до 0,43.

Отже, істотніше збільшення паводкового стоку на І водозборі зумовлене суцільною вирубкою лісу. На II водозборі після першого прийому поступової рубки почасти зберігся лісовий намет, в зв’язку з чим менше, ніж при суцільнолісосічній вирубці, була порушена цілісність лісу. Тому знизилась інтенсивність стокоформуючих опадів, а отже, зменшився і паводковий стік.

Відомо, що лісовий намет затримує певну кількість вологи атмосферних опадів букових лісів Карпат (в середньому 23 %). Таким чином, під наметом лісу знижується інтенсивність опадів. Причому знижується прямо пропорційно кількості вологи, затриманої кронами дерев. Якщо ж врахувати і те, що дощові краплі, потрапляючи на вегетативні органи дерев, розпилюються, то стає очевидним, що інтенсивність дощів під наметом лісу знижується, а тим самим знижується й інтенсивність паводкового стоку.

Після суцільної рубки зберігаються деякі елементи лісової обстановки, а саме: існуюча раніше або дещо порушена архітектоніка лісових грунтів, виявлена у глибокому проникненні кореневих систем зрубаних дерев, що забезпечує збереження інфільтраційних властивостей грунту, наявність лісової підстилки з її високою водоутримуючою здатністю. Однак внаслідок лісоексплуатаційних робіт сильно порушується рівномірність розподілу по площі водозбору лісової підстилки. Як правило, після рубки, особливо після внутрілісосічного транспортування деревини, в одних місцях вона нагромаджується у великій кількості, в інших зовсім зникає.

Крім того, суцільна вирубка та внутрілісосічне транспортування деревини можуть істотно порушити цілісність грунтів. Погіршення їх водно-фізичних і, зокрема, інфільтраційних властивостей здебільшого локальне. Як правило, це виникає внаслідок трелювання деревини так званими волоками. По них, особливо після зливових дощів, утворюються тимчасові потоки, сильно інтенсифікуючі поверхневий стік. В той же час на лісосіках, не зайнятих транспортуванням деревини, зберігаються майже попередні, тобто досить високі інфільтраційні властивості грунту.

Про різний вплив суцільнолісосічної і рівномірно-поступової рубок на природну зарегульованість паводкового стоку можна судити по співвідношенню коефіцієнтів паводкового стоку з І і II водозборів та з контрольного (за період після проведення рубок і за період калібрування). Відношення коефіцієнтів паводкового стоку з І водозбору (суцільна вирубка) до контрольного за період із попереднім їх зволоженням коливаються від 1,6 до 4,3 (середнє для всіх градацій стокоформуючих опадів — 2,5). За період калібрування це співвідношення коливалось від 0,8 до 1,4 (середнє — 1,1). Таким чином, в умовах із попереднім зволоженням водозборів під впливом суцільної рубки коефіцієнт паводкового стоку для всіх градацій стокоформуючих опадів збільшився в середньому в 1,4 раза, або на 140 %. За період без попереднього зволоження водозборів коефіцієнти паводкового стоку збільшились в 1,5 раза, або на 150 %. Як бачимо, більш істотні різниці в коефіцієнтах паводкового стоку на суцільній вирубці виявлені для стокоформуючих опадів за періоди без попереднього зволоження водозборів, причому вони тим очевидніші, чим більші стокоформуючі опади. Відмінність у формуванні паводків зумовлена перш за все тим, що в лісі більше вологи витрачається на змочування надземної частини дерев, багато її вбирається лісовою підстилкою.

Значно менше на формування паводкового стоку впливає рівномірно-поступова рубка. Так, за період калібрування показники співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку між II (поступова рубка) і III водозборами, при умові попереднього зволоження водозборів, становили від 0,7 до 3 (середнє для всіх градацій стокоформуючих опадів—1,5), тобто паводковий стік був на 50 % більший порівняно з контролем. Після рубки ці показники становили від 0,7 до 4,5 (середнє — 1,8). Таким чином, порівняно з періодом калібрування водозборів коефіцієнти паводкового стоку під впливом рівномірно-поступової рубки збільшилися всього на 0,3, в той час як без попереднього зволоження — на 0,8, або на 80 %. Викликане це тими ж причинами, що й на суцільнолісосічній вирубці. Цікаво, що зразу після другого, кінцевого прийому поступової рубки істотно збільшився паводковий стік, а за бурхливістю він наблизився до стоку на суцільнолісосічній вирубці, але тривалість його була короткочасною. При цьому слід мати на увазі, що паводковий стік із II водозбору збільшився у перший (1973) рік після проведення другого, кінцевого прийому поступової рубки. В наступному році при накладанні одного паводка на другий не в усіх випадках співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку з II і III водозборів перевищувало минулорічний (табл. 6). Це свідчить про певні переваги, з точки зору зарегульованості паводкового стоку, поступової рубки над суцільнолісосічною. Отже, рівномірно-поступові рубки менше порушують екологічну рівновагу.

В умовах Карпат, за винятком екстремальних випадків, стокоформуючі опади за інтенсивністю досить однорідні. Інтенсивність дощів зростає, як правило, на початку випадання, а опісля вони поступово зменшуються. У багатоводні періоди, тобто коли йдуть затяжні дощі, відбувається накладання одних злив на інші, що в свою чергу зумовлює накладання на воднів. Крім того, цей регіон характеризується досить частими опадами, які в році розподіляються більш-менш рівномірно.

В період калібрування, тобто коли ще не було впливу рубок, коефіцієнти паводкового стоку набули максимальних значень після сніготанення, коли в грунті зберігався найбільший запас вологи, хоч стокоформуючі опади не досяглії максимуму. Досить контрастно виявлена також різниця у формуванні паводкового стоку між дослідними водозборами. Коефіцієнти стоку досягли досить високих показників у дощовий паводок, що сформувався у маловодний період. В даному разі вирішальну роль відіграли стокоформуючі опади. Цей інтенсивний паводок проявився майже одночасно на всіх водозборах — показники співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку були близькі до одиниці.

Таблиця 6. ЗМІНИ ПАВОДКОВОГО СТОКУ ЗА ДВОРІЧНИЙ ПЕРІОД ПІСЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ДРУГОГО, КІНЦЕВОГО ПРИЙОМУ ПОСТУПОВОЇ РУБКИ (1973-1974 pp.)

Що ж до накладання літніх зливових паводків, то за розмірами вони майже однакові. їх накладання зумовило прогресивне збільшення коефіцієнтів паводкового стоку.

Енергія прояву паводків залежить від давності лісосік. Як показали багаторічні спосте­реження, па четвертий рік після суцільнолісосічної рубки починається змикання підросту: молодий ліс утворює суцільний намет. В цей період паводковий стік дещо зменшується. Ці зміни проявлялися за кожний гідрометеорологічний період, про що свідчить співвідношення коефіцієнтів паводкового стоку між водозборами, пройденими рубками (І і II), і контрольним (табл. 7).

Таблиця 7. ЗАЛЕЖНІСТЬ ПАВОДКОВОГО СТОКУ ВІД ПОПЕРЕДНЬОГО ЗВОЛОЖЕННЯ ВОДОЗБОРІВ У РІЗНІ ПЕРІОДИ ПІСЛЯ РУБОК

Таким чином, у міру відновлення лісового покриву відновлюється його вплив на зарегульованість паводкового стоку. Виходячи з цих даних, можна визначити кількісний вплив стиглого букового лісу на зарегульованість паводкового стоку стосовно суцільнолісосічної та рівномірно поступової рубок або ж, навпаки, порушення природної зарегульовапості паводків під впливом цих рубок. Так, після суцільної рубки лісу зарегульованість паводкового стоку при стокоформуючих опадах до 30 мм знижується на 21 % порівняно із стиглим лісом, а при стокоформуючих опадах понад 60 мм — на 70 %. Ці дані стосуються попередньо зволожених водозборів. За періоди без попереднього їх зволоження при стокоформуючих опадах понад 60 мм зарегульованість паводкового стоку була на 36 % нижча, ніж під стиглим лісом.

Рівномірно-поступові рубки також знижують зарегульованість паводкового стоку, але значно менше, ніж суцільні. Так, за періоди із попереднім зволоженням водозборів стокоформуючі опади до ЗО мм знижують зарегульованість паводків на 7 %, а опади понад 60 мм — на 46 % порівняно із стиглим лісом. За періоди без попереднього зволоження водозборів зарегульованість паводкового стоку знижується відповідно на 2 і на 9 %.

 Джерело: Чубатий О.В. Гірські ліси – регулятори водного режиму. Карпати. Ужгород. 1984

Tags: ліс