Вплив зелених насаджень на режим вітру

 

Вітер – це повітряний потік в атмосфері, який рухається майже паралельно землі й являє собою типову латераль. Виділяють і радіаль – вертикальну складову вітру, котра, як правило, в сотні разів менша за горизонтальну складову і досягає найбільших величин лише в особливих випадках. Наприклад, у хмарах в умовах сильно розвиненої конвекції – вертикального переміщення теплих і холодних мас повітря з одних висот на інші або ж у горах, коли повітря опускається схилом.

Позитивний вплив вітру на зелені насадження проявляється в постачанні свіжих порцій повітря з більшим вмістом СО₂ у крони; переміщенні транспіраційної вологи; запилюванні дерев; перенесенні насіння багатьох порід на значні віддалі.

Проте корисні властивості вітру обмежені певною швидкістю. Потужні латеральні потоки можуть не лише нашкодити позитивним процесам, але й призвести до вітролому та загибелі деревостану. Вітер посилює інтенсивність низових пожеж і переводить їх у верхові.

У помірних широтах середні швидкості вітру невеликі – 5–8 м/с, однак тут частіше панують сильні вітри і бурі, коли швидкість повітряного потоку сягає 20–35 м/с. Проте на європейському континенті зафіксовані й швидкості 202 км/год. Такої швидкості вітер сягнув 27 грудня 1999 р. на південному заході Франції, коли у знаменитому Версальському парку було вирвано з коренем понад 10 тис. дерев, у тому числі 200-річні кедри, посаджені ще за наказом Наполеона.

Швидкість та напрямок вітру має добре виражений добовий хід. Уночі швидкість поблизу земної поверхні досягає мінімуму, а в післяобідню пору – максимуму. Річний рух швидкості вітру суттєво залежить від особливостей загальної циркуляції атмосфери, а також від місцевих особливостей. Для класифікації вітрів за силою (швидкістю) існує 17-бальна шкала Бофорта (табл. 65).

Таблиця 65 – Класифікація вітрів за шкалою Бофорта

Шкала Бофорта, бали	Швидкість вітру	Назва вітру	Наслідки
V, м/с	V, км/год
	0, 9	3, 24	Дуже слабкий	Шкідливих наслідків немає
	2, 4	8, 64	Слабкий	Шкідливих наслідків немає
	4, 4	15, 84	Слабкий	Шкідливих наслідків немає
	6, 7	24, 12	Середній	Шкідливих наслідків немає
	9, 3	33, 48	Середній	Шкідливих наслідків немає
	12, 3	43, 30	Середній	Шкідливих наслідків немає
	15, 5	55, 80	Сильний	Дерева сильно хитаються і гнуться
	18, 9	68, 40	Сильний	Дерева сильно хитаються і гнуться
	22, 6	79, 41	Буря	Ламаються гілки дерев
	26, 4	95, 00	Сильна буря	Дерева вивертаються с корінням
	30, 5	109, 80	Шторм	Дерева вивертаються з корінням
	34, 8	122, 30	Ураган	Дерева ламаються і вивертаються з корінням, зриває дахи
	39, 2	144, 60	Сильний ураган	Дерева ламаються і вивертаються з корінням, зриває дахи
	43, 8	157, 70	Сильний ураган	Дерева ламаються і вивертаються з коріння, зриває дахи
	48, 6	175, 00	Сильний ураган	Дерева ламаються і вивертаються з коріння, зриває дахи
	53, 5	192, 60	Жорсткий ураган	Руйнуються кам’яні споруди й металеві мости
	58, 6	210, 96	Жорсткий ураган	Руйнуються кам’яні споруди й металеві мости

Вплив зелених насаджень на перетворення латерального потоку в радіальний. Латеральний повітряний потік, зустрівши на своєму шляху зелені насадження, змінює швидкість, переходячи у спрямовану догори радіаль. Водночас перед стіною зелених насаджень створюється зона підвищеного, а за ними – зниженого тиску, що посилює турбулентність (лат. turbulentus – бурхливий, невпорядкований) потоку.

Латеральні повітряні потоки, зустрічаючи перепони перетворюються в стаціональні (рис. 6). Швидкість латералей за масивом зелених насаджень залежить від проникності деревостану, зокрема його породного складу, густоти та будови фітоценозу. По-різному, наприклад, будуть стримувати латеральний потік одноярусне насадження з підліском і без нього або ж триярусне насадження.

Сповільнення латерального потоку перед системою зелених насаджень починається на віддалі 10 висот деревостану. Чим вища швидкість вітру (20–30 м/с), тим більша турбулентність і сильніший вплив неослабленого вітру на крони. Різновисотність дерев у наметі також сприяє формуванню радіальних стаціоналей. Зовнішня поверхня намету є нерівною, часто над нею виступають крони дерев, які завдяки своїй життєвій силі випереджують своїх однолітків у рості, й саме вони є збурювачами турбулентного повітря.

 

 

 

Рис. 6. Діаграми вітрового потоку (Grey, Deneke, Frederik, 1986):

а – пояси дахоподібної форми (поперечний переріз); б – пояси з вертикальними краями

 

Розподіл швидкостей вітру за висотою всередині деревостану можна розрахувати за формулою

V = [2, 22 × h/2 – 0, 83(h/2)² + 0, 10(h/2)² - 0, 0029(h/2)⁴] × (0, 076 V₀ + 0, 063),

де V – швидкість вітру над поверхнею ґрунту всередині деревостану, м/с; h – висота над рівнем ґрунту, м; V₀ – швидкість вітру на відкритому просторі на висоті 10 м над землею, м/с.

Розрахунки розподілу швидкості вітру в лісопарках, парках, скверах міста, зроблені за цією формулою, нададуть змогу правильно проектувати системи вітрорегулювальних насаджень.

Вітер є головним фактором, який визначає форму стовбура, його міцність і надійність, що потрібно враховувати створюючи неширокі смуги й узлісся зелених насаджень. Під дією вітру на кронах дерев виникають сили опору, момент згину і відхилення осі стовбурів від вертикального положення (рис. 7).

Висота стовбура обумовлює напругу в механічних тканинах. Як відповідна реакція на даний чинник, дерева так розподіляють вироблений будівельний матеріал, щоб закріпитися коренем у ґрунті і сформувати стовбур у вигляді балки рівного опору. Такий стовбур буде мати найраціональнішу форму і однакову міцність у всіх перерізах за висотою.

Рис 7. Сила дії вітру на дерево: згин стовбура і виникнення моменту згину (В.П.Кучерявий, 2003):

V – швидкість вітру; G – маса частин дерева; L – плече сили

 

Дерева, які ростуть у насадженні – лісопарках, парках, – знаходяться в умовах взаємної вітрозахищеності. Тому в лісопарках та парках вітер проявляє себе на повну силу лише у верхній частині крон. Середні та нижні шари крон перебувають під дією послабленого вітру. Крона дерева, яке росте не в системі насаджень – окремо, повністю піддається впливу повітряного потоку. Дерева, що виросли в насадженнях, мають малий збіг стовбура до початку крони, а в кроні збіжність різко збільшується. Форма стовбура в цьому випадку має форму параболоїда (рис. 8).

Рис. 8. Схеми визначення сили вітру для дерева, яке:

а – росте в системі зелених насаджень; б – виросло окремо(В.П.Кучерявий, 2003)

 

Дерева, які виросли окремо, мають збіжистий стовбур, майже конічної форми. Стовбури дерев, що зростають в умовах насаджень, та тих, що виросли відокремлено, являють собою балки з однаковим опором, але характер розподілу вітрового навантаження й епюри моментів згину в них зовсім різні. Для дерева у деревостані зменшення моменту згину з висотою відбувається згідно з лінійним законом до початку крони, а далі – за параболою. У дерева, що росте окремо, момент згину вже від землі змінюється за параболою, тобто зменшується з висотою значно різкіше.

У старшому віці, коли стовбур разом з кроною набирають потужної маси, яка може не встояти під натиском вітру, в місцях з’єднань стовбура з коренем, тобто в місцях появи концентрації напруги від вітрового навантаження, утворюються прикореневі напливи. До появи напливів тут виникають максимальні деформації. Зворотною реакцією дерев є спрямування в цю зону великої кількості поживних речовин, за рахунок яких наростають річні кільця, а западини вирівнюються. Місце з’єднання стовбура й кореня набуває плавної стовщеної форми.

Вітер зі швидкістю 26, 4 м/с (95 км/год), створює моменти згину і перевертання і не лише ламає дерева, а вивертає їх з коренями. Дуже часто спостерігається закономірність: якщо закріплення міцне, що властиве для глибоко дренованих ґрунтів, то сильний вітер ламає стовбур; якщо ж воно нетривке, а це характерно для дерев, які зростають на торфах, то дерева вивалюються з коренями. Аналогічне явище спостерігається й деревами, що мають поверхневу кореневу систему і ростуть на перезволожених або ж малопотужних ґрунтах, які підстелені глинами чи скельними породами.

Часто зламуванню та вивертанню з коренями піддаються дерева, які мають незадовільний санітарний стан: наявність внутрішньостовбурової гнилі. Таку картину нерідко можна спостерігати в старовинних парках та алейних посадках великих міст.