Модели поведения лесных массивов при воздействии на них ветровых нагрузок

Авторы

  • Дмитрий Вячеславович Ребко Университет гражданской защиты МЧС Беларуси; ул. Машиностроителей, 25, Минск, Беларусь, 220118
  • Андрей Николаевич Камлюк Университет гражданской защиты МЧС Беларуси; ул. Машиностроителей, 25, Минск, Беларусь, 220118 https://orcid.org/0000-0002-9347-0778
  • Сергей Анатольевич Борисевич Белорусский государственный технологический университет; ул. Свердлова, 13А, Минск, Беларусь, 220006

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2017.1-3.323

Ключевые слова:

ветровая нагрузка, выворот деревьев, повреждение ствола, критическая скорость ветра, опасное напряжение, изгибающий момент

Аннотация

Проведен обзор двух механико-эмпирических моделей HWIND и GALES, используемых в настоящее время для определения ветровой нагрузки на деревья и скорости ветра, при которой произойдет выворот деревьев или повреждение стволов. В модели GALES вычисляется аэродинамическая шероховатость и смещение нулевой плоскости лесных насаждений. Обе величины позволяют подсчитать действующий на дерево изгибающий момент для любой скорости ветра и предсказать скорость ветра, при которой произойдет выворот дерева или повреждение его ствола. В модели HWIND момент, возникающий от ветровой нагрузки на крону дерева, вычисляется из предположения, что профиль скорости ветра имеет логарифмический характер. Прочность на изгиб ствола дерева и момент сопротивления корневой системы опрокидыванию дерева находятся на основании эксперимента, что позволяет рассчитать скорость ветра необходимую для выворота дерева и разрушения ствола. Проведено сравнение двух моделей и указано направление их усовершенствования.

Биографии авторов

Дмитрий Вячеславович Ребко, Университет гражданской защиты МЧС Беларуси; ул. Машиностроителей, 25, Минск, Беларусь, 220118

кафедра пожарной аварийно-спасательной техники, преподаватель

Андрей Николаевич Камлюк, Университет гражданской защиты МЧС Беларуси; ул. Машиностроителей, 25, Минск, Беларусь, 220118

заместитель начальника университета по научной и инновационной деятельности; кандидат физико-математических наук, доцент

Сергей Анатольевич Борисевич, Белорусский государственный технологический университет; ул. Свердлова, 13А, Минск, Беларусь, 220006

ассистент; кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Schelhaas M.-J., Nabuurs G.-J., Schuck A. Natural disturbances in the European forests in the 19th and 20th centuries. Global Change Biology, 2003. Vol. 9, Iss. 11. Pp. 1620-1633.

Gardiner B., Blennow K., Carnus J.-M., Fleischer P., Ingemarson F., Landmann G., Lindner M., Marzano M., Nicoll B., Orazio C., Peyron J.-L., Reviron M.-P., Schelhaas M.-J., Schuck A., Spielmann M., Usbeck T. Destructive Storms in European Forests: Past and Forthcoming Impacts. Final report to European Commission. DG Environment, 2010. Pp. 12-30.

Schelhaas M.-J., Hengeveld G., Moriondo M., Reinds G.J., Kundzewicz Z.W., terMaat H., Bindi M. Assessing risk and adaptation options to fires and windstorms in European forestry. Mitig Adapt Strateg Glob Change. 15. Pp. 681-701.

Albrecht A., Hanewinkel M., Bauhus J., Kohnle U. How does silviculture affect storm damage in forests of south-western Germany? Results from empirical modeling based on long-term observations. Eur J Forest Res, 2012. Vol. 131. Pp. 229-247.

Gardiner B., Marshall B., Achim A., Belcher R., Wood C. The stability of different silvicultural systems: a wind-tunnel investigation. Forestry, 2005. Vol. 78, No. 5. Pp. 471-484.

Valinger E., Fridman J. Factors affecting the probability of windthrow at stand level as a result of Gudrun winter storm in southern Sweden. Forest Ecology and Management, 2010. Vol. 262. Pp. 398-403.

Schmidt M., Hanewinkel M., Kändler G., Kublin E., Kohnle U. An inventory-based approach for modeling single-tree storm damage – experiences with the winter storm of 1999 in southwestern Germany. Canadian Journal of Forest Research, 2010. Vol. 40 (8). Pp. 1636-1652.

Peltola H., Kellomäki S., Väisänen H., Ikonen V.-P. A mechanistic model for assessing the risk of wind and snow damage to single trees and stands of Scots pine, Norway spruce, and birch. Canadian Journal of Forest Research, 1999. Vol. 29. Pp. 647-661.

Ancelin Ph., Courbaud B., Fourcaud Th. Development of an individual tree-based mechanical model to predict wind damage within forest stands. Forest Ecology and Management, 2004. Vol. 203. Pp. 101-121.

Gardiner B., Peltola H., Kellomaki S. Comparison of two models for predicting the critical wind speeds required to damage coniferous trees. Ecological Modelling, 2000. Vol. 129. Pp. 1-23.

Nicoll B., Gardiner B., Rayner B., Peace A.Anchorage of coniferous trees in relation to species, soil type, and rooting depth. Canadian Journal of Forest Research, 2006. Vol. 36. Pp. 1871-1883.

Gardiner B.A., Suarez J., Achim A., Hale S.E., Nicoll B.C. ForestGALES 2 – a PC-based Wind Risk Model for British Forests. User Guide. Forestry Commission. Edinburgh, 2004.

Raupach M.R. Simplified expressions for vegetation roughness length and zero-plane displacement as functions of canopy height and area index. Boundary Layer Meteorology, 1994. Vol. 71. Pp. 211-216.

Forestry Commission, Operational Guidance Booklet No. 9 «Thinning» (Internal Guidance). Forestry Commission. Edinburgh, 2010.

Byrne K.E. Critical Turning Moments and Drag Equations for British Columbia Conifers. MSc thesis. University of British Columbia. Vancouver, Canada, 2005.

Cucchi V., Meredieu C., Stokes A., de Coligny F., Suarez J., Gardiner B. Modelling the windthrow risk for simulated forest stands of maritime pine (PinuspinasterAit.). Forest Ecology and Management, 2005. Vol. 213. Pp. 184-196.

Kamimura K., Gardiner B., Kato A., Hiroshima T., Shiraishi N. Developing a decision support approach to reduce wind damage risk e a case study on sugi [Cryptomeria japonica (L.f.) D.Don] forests in Japan. Forestry, 2008. Vol. 81. Pp. 429-446.

Mikklesen S.K. «Stormfald» : a Further Developed Version of ForestGALES Tested under Danish Conditions. MSc Thesis. University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark. 2007.

Moore J.R., Somerville A.R. Assessing the risk of wind damage to plantation forests in New Zealand. N. Z. For., 1998. Vol. 31. Pp. 25-29.

Ruel J.-C., Quine C.P., Meunier S., Suarez J. Estimating windthrow risk in balsam fir stands with the ForestGALES model. For. Chron., 2000. Vol. 76. P. 329-337.

Gardiner B.A., Stacey G.R., Belcher R.E., Wood C.J. Field and wind tunnel assessments of the implications of respacing on tree stability. Forestry, 1997. Vol. 70 (3). P. 233-252.

Raupach M.R. Drag and drag partition on rough surfaces. Boundary Layer Meteorol, 1992. Vol. 60. Pp. 375-395.

Ray D., Nicoll B.C. The effect of soil water-table depth on root-plate development and stability of Sitka spruce. Forestry, 1998. Vol. 71 (2). P. 169-182.

Orlov S.A., Shrager L.A. Research of the resistance coefficient of cedar pine crown elements. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta, Matematika i mekhanika, 2011. No. 14. Pp. 103–110.(rus)

Vollsinger S., Mitchell S.J., Byrne K.E., Novak M.D., Rudnicki M. Wind tunnel measurements of crown streamlining and drag relationships for several hardwood species. Canadian Journal of Forest Research, 2005. Vol. 35. P. 1238-1249.

Mayhead G.J. Some drag coefficients for British forest trees derived from wind tunnel studies. Agricultural Meteorology, 1973. Vol. 12. Pp. 123-130.

Borisevich S.A., Kamluk A.N., Rebko D.V. Opredelenie soprotivleniya dvizheniyu krony dereva [Determination of resistance to movement of the crown of a tree]. Trudy BGTU, Ser.VI fiz.-mat. nauki i inform, 2013. No. 6 (162) Pp. 34-36.(rus)

HaleaS.E., Gardinera B., Peacea A., Nicolla B., Taylora Ph., Pizzirania St. Comparison and validation of three versions of a forest wind risk model. Environmental Modelling & Software, June 2015. Vol. 68. Pp. 27-41.

Dupont S. A simple wind-tree interaction model predicting the probability ofwinddamage at stand level. Agricultural and Forest Meteorology, 15 August 2016. Vol. 224. Pp. 49-63.

Locatelli T., Tarantola St., Gardiner B., Patenaude G. Variance-based sensitivity analysis of a wind risk model – Model behaviour and lessons for forestmodelling. Environmental Modelling & Software, January 2017. Vol. 87. Pp. 84-109.

Duponta S., Pivatoa D., Bruneta Y. Wind damage propagation in forests. Agricultural and Forest Meteorology. 15 December, 2015. Vol. 214-215. Pp. 243-251.

Locatelli T., Gardiner B., Tarantola St., Nicoll B., Bonnefond J.-M., Garrigou D., Kamimura K., Patenaude G. Modelling wind risk to Eucalyptus globulus (Labill.) stands. Forest Ecology and Management. 1 April, 2016. Vol. 365. Pp. 159-173.

Загрузки


Просмотров аннотации: 216
Загрузок PDF: 124

Опубликован

2017-08-14

Как цитировать

Ребко, Д., Камлюк, А. и Борисевич, С. (2017) «Модели поведения лесных массивов при воздействии на них ветровых нагрузок», Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, 1(3), сс. 323–331. doi: 10.33408/2519-237X.2017.1-3.323.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)