В Петрозаводском государственном университете ведутся исследования влияния подготовительных работ на повышение эффективности лесозаготовок. Все этапы подготовительных работ можно разделить на лесосырьевую, технологическую подготовки и подготовку лесосек к рубке [1, 2]. Грамотное обоснование технологических решений на каждом этапе подготовительных работ влияет на эффективность лесозаготовительного производства. Лесозаготовительные работы ведутся в сложных природно-производственных условиях и многие факторы имеют вероятностный характер, что вызывает сложность при их количественном определении и ведет к определенным рискам. Одним из таких факторов является сезонность лесозаготовок. Из-за недостаточного количества дорог круглогодичного действия арендаторы вынуждены строить зимние дороги и распределять арендованную территорию на участки зимнего и летнего освоения.
С одной стороны, строительство зимних дорог позволяет снизить затраты, особенно при освоении площадей с низкой несущей способностью. Но в то же время, это приводит к большей зависимости от климатических условий и к определенным рискам. Например, при резком наступлении оттепелей (ранняя весна) существует риск оставить дорогостоящую технику в зоне зимнего освоения или не успеть вывести вырубленную древесину. А при позднем наступлении заморозков (затяжная осень) нет возможности перебросить технику в зимние делянки и начать заготовку и вывозку. Это ведет к невыполнению плана, простою лесосечных и лесотранспортных машин и выплатам неустоек за невывезенную древесину и недорубы.
Для снижения негативных последствий сезонности лесозаготовок необходимо прогнозировать сроки эксплуатации зимних дорог при проведении подготовительных работ. Для достижения этих целей разработана методика оценки сроков лесозаготовительных работ при освоении арендованной территории зимниками.
Срок лесозаготовительных работ в зимний период определяется датой начала строительства дороги, датой начала и окончания вывозки и продолжительностью эксплуатации зимней дороги. Перечисленные характеристики в первую очередь зависят от следующих критериев строительства зимников, заложенных в методику [2, 3]:
- наличие снежного покрова (начало вывозки осуществляется при высоте снежного покрова не менее 10 см);
- температурные условия строительства дороги (оптимальный период строительства, когда сумма отрицательных температур после перехода через ноль составляет 100-130 оС);
- температура разрушения покрытия зимника (для снежных покрытий - от -4,5 до -4,0 °С, снежно-ледяные - от -2,7 до -1,8 °С, ледяные - от +1 до +2 °С).
Для оценки сроков лесозаготовительных работ в зимний период необходимо осуществлять постоянный мониторинг и сбор информации по среднесуточным температурам, высоте снежного покрова, глубине промерзания почв, количеству солнечных дней, преобладающему направлению ветров, типу грунтов, рельефу местности и др. в районе освоения лесных ресурсов. При анализе собранной информации составляются регрессионные зависимости, показывающие изменение собранных показателей по природно-производственным условиям в течение зимнего периода. На основании перечисленных выше критериев и регрессионных зависимостей определяются предварительные даты начала и окончания эксплуатации зимних дорог и продолжительность лесозаготовительного периода. Затем строятся функции распределения перечисленных характеристик сроков лесозаготовительного периода и производится оценка риска преждевременного окончания эксплуатации зимника в весенний период.
Предлагаемая методика была апробирована на примере Республики Карелия. Для оценки сезонности была собрана информация по среднесуточной температуре, высоте снежного покрова, глубине промерзания и рельефу местности. Данные по климатическим показателям были собраны за последние 40 лет по 18 действующим метеостанциям, рассредоточенным по всей территории Республики Карелия [4]. Согласно методике в первую очередь были составлены регрессионные зависимости изменения среднесуточной температуры в течение года по различным районам Республики Карелия (таблица).
Изменение среднесуточной температуры в течение года по центральным лесничествам Республики Карелия за зимний период
|
Метеорологическая станция |
Уравнение линии тренда среднесуточной температуры |
Коэффициент аппроксимации R2 |
|
Петрозаводск |
t = -0,0215x4 + 0,4379x3 - 1,9653x2 - 2,687x + 12,746 |
0,9541 |
|
Разнаволок |
t = -0,0193x4 + 0,4035x3 - 1,919x2 - 2,1513x + 10,914 |
0,9445 |
|
Поросозеро |
t = -0,0251x4 + 0,5454x3 - 2,9369x2 + 0,0027x + 10,399 |
0,669 |
|
Сортавала |
t = -0,0176x4 + 0,3899x3 - 1,9748x2 - 1,5281x + 11,876 |
0,9404 |
|
Пудож |
t = -0,0235x4 + 0,5022x3 - 2,542x2 - 1,1039x + 11,056 |
0,943 |
|
Олонец |
t = -0,0224x4 + 0,4792x3 - 2,4489x2 - 0,8869x + 11,386 |
0,933 |
|
Кемьпорт |
t = -0,0174x4 + 0,3853x3 - 1,9816x2 - 1,3611x + 9,9037 |
0,9375 |
|
Реболы |
t = -0,0192x4 + 0,4205x3 - 2,0893x2 - 1,8105x + 10,472 |
0,9412 |
|
Калевала |
t = -0,0285x4 + 0,5671x3 - 2,5862x2 - 1,7626x + 9,6371 |
0,9346 |
|
Энгозеро |
t = -0,0187x4 + 0,4134x3 - 2,0948x2 - 1,5864x + 9,6371 |
0,9346 |
|
Медвежьегорск |
t = -0,0216x4 + 0,4671x3 - 2,3948x2 - 1,0742х + 10,506 |
0,9393 |
|
Кугонаволок |
t = -0,0235x4 + 0,4999x3 - 2,5172x2 - 1,2154x + 11,073 |
0,9446 |
|
Кондопога |
t = -0,0193x4 + 0,4211x3 - 2,0798x2 - 1,9972x + 12,542 |
0,9366 |
|
Суоярви |
t = -0,0288x4 + 0,5841x3 - 2,835x2 - 1,1742x + 10,651 |
0,9139 |
|
Колежма |
t = -0,0257x4 + 0,5101x3 - 2,3298x2 - 2,2217x + 10,99 |
0,8837 |
|
Сегежа |
t = -0,0179x4 + 0,3893x3 - 1,8729x2 - 2,2551x + 10,791 |
0,9376 |
Примечание: t - температура воздуха, х - числовое значение даты месяца (0 - сентябрь, 1 - октябрь т.д.).
Затем на основании перечисленных выше критериев и полученных регрессионных уравнений (см. таблицу) были оценены предварительные даты начала и окончания эксплуатации зимних дорог с различным типом покрытий и продолжительностью зимнего лесозаготовительного периода. Для примера, графический результат работы для Калевальского лесничества представлен на рис. 1.
Вероятное начало вывозки в Калевальском районе Республики Карелия попадает на промежуток 1-6 декабря. При освоении территории зимними дорогами со снежным покрытием окончание лесозаготовок/вывозки возможно 26-29 марта (со снежноледяными - 4-8 апреля; с ледяными - 20-24 апреля). Продолжительность лесозаготовительного период составит 135-144 дня.
Рис. 1. Предварительная оценка сроков лесозаготовительных работ
для Калевальского района Республики Карелия
а б
Рис. 2. Эмпирическая и теоретическая функции распределения
по Калевальскому центральному лесничеству:
а - дата начала лесозаготовительных работ; б - дата окончания лесозаготовительных работ
при освоении территории различными покрытиями зимних дорог
Дальше, анализируя каждый год, были построены функции распределения дат начала и окончания, а также продолжительности вывозки для каждого центрального лесничества. Для этого использовалось программное обеспечение Statistica 6.0, пример для Калевальского района Республики Карелия представлен на рис. 2.
График (рис. 2,а) позволяет определить вероятность начала лесозаготовительных работ в рассматриваемом районе. Например, согласно построенной функции распределения, можно предположить с вероятностью 70 %, что с 8 декабря в Калевальском районе начнется лесозаготовка. График (рис. 2,б) показывает, например, что вероятность преждевременного окончания лесозаготовительных работ до 28 марта при освоении территории ледяными лесовозными дорогами в Калевальском районе составляет всего 28 %, в то же время при освоении снежными дорогами - 70 %.
Для планирования объемов лесозаготовок и подбора необходимого комплекта лесозаготовительных машин требуется информация не только о датах начала и окончания лесозаготовительных работ, но и о продолжительности лесозаготовок в зимний период. Для этого, зная даты начала и окончания лесозаготовительных работ, определяем количество дней лесозаготовительных работ при освоении территории тремя типами зимних покрытий за каждый год. Далее строим функции распределения количества дней лесозаготовительных работ при помощи программного обеспечения Statistica 6.0 (рис. 3).
Рис. 3. Эмпирическая и теоретическая функции распределения количества дней лесозаготовок
по Калевальскому центральному лесничеству при освоении территории снежными,
снежно-ледяными и ледяными покрытиями
График (рис. 3) показывает, что вероятность преждевременного завершения лесозаготовок в течение, например, 115 дней равна 22 % (при освоении территории дорогами с ледяным покрытием), в то время как при освоении территории дорогами со снежным покрытием - 60 %. Аналогичная работа была проведена по всем действующим метеостанциям в центральных лесничествах Республики Карелия и выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской федерации (государственный контракт № 16.515.11.5052).
В представленной работе под риском понимается вероятность, при которой закончатся лесозаготовительные работы в течение заданного периода (количества дней). Риск в 0 % означает, что в рассматриваемый период зимние дороги не разрушатся, и лесозаготовки могут вестись в обычном режиме. Чем выше процент риска, тем больше вероятность разрушения зимника, а следовательно, и окончания лесозаготовительных работ. Риск в 100 % показывает, что в рассматриваемый период все зимние дороги выйдут из эксплуатации, и, следовательно, лесозаготовка закончится. В данной работе риск был условно распределен на три категории: низкий (до 30 %), средний (от 30 до 60 %) и высокий (от 60 до 100 %). Проводить лесозаготовительные работы в условиях среднего и высокого риска опасно для предприятия, особенно при использовании дорогостоящей техники. Резкое наступление оттепели приводит к разрушению зимников, аварийности и оставлению техники в зимней зоне освоения.
По полученным функциям распределения параметров зимнего периода определяем количество дней заготовки для трех категорий риска: низкий (до 30 %), средний (от 30 до 60 %) и высокий (от 60 до 100 %) для каждого лесничества. В результате анализа построенных графиков было получено, что при низком риске лесозаготовка в Республике Карелия может продолжаться от 60 до 107 дней, при среднем риске - от 107 до 117 дней и при высоком от 117 до 155 дней.
Зная риски в районе планируемых и действующих мест рубок, предприятие может планировать технологический процесс с минимальными негативными последствиями на подготовительном этапе. На основании предлагаемой методики разработана математическая модель по обоснованию комплектов лесозаготовительных и лесотранспортных машин с учетом сезонности [5].
Предлагаемая методика по оценке сроков лесозаготовительных работ в зимний период может быть использована:
- для организации ритмичной работы лесозаготовительного предприятия;
- для обоснования транспортного освоения арендованной территории при ее делении на зоны зимней и летней вывозки;
- для оценки рисков работы лесозаготовительных машин в весеннее время;
- для формирования комплекта лесосечных и лесотранспортных машин и обоснования режима их работы.
Рецензенты:
Патякин В.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТЛП СПБ ЛТА, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М. Кирова», г. Санкт-Петербург;
Питухин А.В., д.т.н., профессор, декан лесоинженерного факультета, зав. кафедрой металлов и ремонта, ФГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск.
Работа поступила в редакцию 06.10.2011.