При проектировании технологических процессов освоения древесины в береговой зоне и прибрежных акваториях водохранилищ необходимо определить критические усилия, при которых происходит опрокидывание вместе с корневой системой деревьев, произрастающих на берегах водохранилищ ГЭС, подверженных размыву в результате воздействия колебаний уровня воды, ветровых, волновых нагрузок и абразии. Это необходимо для установления возможности использования деревьев береговой зоны в качестве опор канатной системы устройств для сбора и транспортировки древесины. Экспериментальные исследования проведены по методике, изложенной в работах [2, 6, 7].
Цель исследований – установление возможности использования деревьев береговой зоны водохранилищ в качестве опор канатной системы устройств для сбора и транспортировки древесины [3, 4, 5, 8] путём определения критического усилия, при котором происходит их опрокидывание с корневой системой.
При обработке экспериментальных данных использовалось лицензионное программное обеспечение: Microsoft Excel 2013 и Statgraphics Centurion XVII.I.
В начале проводились разведочные опыты, целью которых было получение информации о влиянии различных факторов на усилие корчевания.
Для оценки влияния факторов на усилие корчевания были рассчитаны коэффициенты корреляции [1] (как с величиной усилия корчевания F, так и между собой, что было необходимо для выявления независимых факторов, используемых при составлении регрессионных моделей).
Таблица 1
Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – сосна, грунт – суглинок)
Hдер |
h |
d1,3 |
Bкр |
Hбер, уст |
Lоб |
Lбер |
lкорн, max |
lкорн, min |
F |
|
Hдер |
4,18 |
7,56 |
3,34 |
0,46 |
1,16 |
1,62 |
3,95 |
2,31 |
6,49 |
|
h |
4,18 |
2,82 |
1,92 |
1,10 |
0,16 |
0,76 |
1,63 |
1,35 |
2,18 |
|
d1,3 |
7,56 |
2,82 |
4,08 |
0,36 |
1,77 |
1,84 |
7,06 |
2,73 |
12,53 |
|
Bкр |
3,34 |
1,92 |
4,08 |
0,55 |
1,62 |
1,49 |
5,53 |
4,64 |
3,68 |
|
Hбер, уст |
0,46 |
1,10 |
0,36 |
0,55 |
0,69 |
1,11 |
0,16 |
0,14 |
0,23 |
|
Lоб |
1,16 |
0,16 |
1,77 |
1,62 |
0,69 |
1,60 |
2,11 |
1,93 |
1,48 |
|
Lбер |
1,62 |
0,76 |
1,84 |
1,49 |
1,11 |
1,60 |
1,72 |
1,30 |
1,87 |
|
lкорн, max |
3,95 |
1,63 |
7,06 |
5,53 |
0,16 |
2,11 |
1,72 |
4,63 |
6,66 |
|
lкорн, min |
2,31 |
1,35 |
2,73 |
4,64 |
0,14 |
1,93 |
1,30 |
4,63 |
2,34 |
|
F |
6,49 |
2,18 |
12,53 |
3,68 |
0,23 |
1,48 |
1,87 |
6,66 |
2,34 |
Таблица 2
Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – сосна, грунт – песок)
Hдер |
h |
d1,3 |
Bкр |
Hбер, уст |
Lоб |
Lбер |
lкорн, max |
lкорн, min |
F |
|
Hдер |
4,54 |
2,91 |
3,08 |
1,11 |
0,43 |
0,09 |
9,28 |
5,00 |
5,24 |
|
h |
4,54 |
1,48 |
1,50 |
0,27 |
0,59 |
0,63 |
3,27 |
2,29 |
2,42 |
|
d1,3 |
2,91 |
1,48 |
4,77 |
1,60 |
0,69 |
1,96 |
3,94 |
4,81 |
5,43 |
|
Bкр |
3,08 |
1,50 |
4,77 |
0,86 |
1,49 |
1,34 |
3,82 |
3,53 |
4,84 |
|
Hбер, уст |
1,11 |
0,27 |
1,60 |
0,86 |
2,35 |
1,10 |
1,11 |
1,64 |
0,94 |
|
Lоб |
0,43 |
0,59 |
0,69 |
1,49 |
2,35 |
0,01 |
0,46 |
0,10 |
1,15 |
|
Lбер |
0,09 |
0,63 |
1,96 |
1,34 |
1,10 |
0,01 |
0,58 |
1,09 |
0,91 |
|
lкорн, max |
9,28 |
3,27 |
3,94 |
3,82 |
1,11 |
0,46 |
0,58 |
6,66 |
5,31 |
|
lкорн, min |
5,00 |
2,29 |
4,81 |
3,53 |
1,64 |
0,10 |
1,09 |
6,66 |
4,86 |
|
F |
5,24 |
2,42 |
5,43 |
4,84 |
0,94 |
1,15 |
0,91 |
5,31 |
4,86 |
Таблица 3
Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – береза, грунт – суглинок)
Hдер |
h |
d1,3 |
Bкр |
Hбер, уст |
Lоб |
Lбер |
lкорн, max |
lкорн, min |
F |
|
Hдер |
0,22 |
2,87 |
0,06 |
0,92 |
1,15 |
0,80 |
0,60 |
1,95 |
1,57 |
|
h |
0,22 |
0,09 |
0,66 |
0,35 |
0,90 |
0,35 |
1,29 |
0,57 |
0,30 |
|
d1,3 |
2,87 |
0,09 |
1,40 |
2,87 |
2,08 |
2,58 |
0,81 |
2,73 |
0,35 |
|
Bкр |
0,06 |
0,66 |
1,40 |
0,90 |
0,57 |
0,89 |
1,66 |
0,46 |
0,63 |
|
Hбер, уст |
0,92 |
0,35 |
2,87 |
0,90 |
2,35 |
46,85 |
1,32 |
3,00 |
1,45 |
|
Lоб |
1,15 |
0,90 |
2,08 |
0,57 |
2,35 |
2,21 |
0,34 |
1,49 |
1,10 |
|
Lбер |
0,80 |
0,35 |
2,58 |
0,89 |
46,85 |
2,21 |
1,36 |
2,85 |
1,55 |
|
lкорн, max |
0,60 |
1,29 |
0,81 |
1,66 |
1,32 |
0,34 |
1,36 |
1,78 |
0,54 |
|
lкорн, min |
1,95 |
0,57 |
2,73 |
0,46 |
3,00 |
1,49 |
2,85 |
1,78 |
0,15 |
|
F |
1,57 |
0,30 |
0,35 |
0,63 |
1,45 |
1,10 |
1,55 |
0,54 |
0,15 |
Таблица 4
Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – песок)
Hдер |
h |
d1,3 |
Bкр |
Hбер, уст |
Lоб |
Lбер |
lкорн, max |
lкорн, min |
F |
|
Hдер |
0,38 |
1,96 |
0,21 |
2,16 |
0,90 |
1,54 |
0,97 |
0,76 |
1,71 |
|
h |
0,38 |
1,47 |
0,15 |
0,89 |
1,04 |
0,89 |
0,23 |
0,10 |
0,65 |
|
d1,3 |
1,96 |
1,47 |
1,25 |
4,99 |
2,45 |
0,91 |
0,37 |
0,70 |
4,48 |
|
Bкр |
0,21 |
0,15 |
1,25 |
1,05 |
1,79 |
0,59 |
2,11 |
0,37 |
1,19 |
|
Hбер, уст |
2,16 |
0,89 |
4,99 |
1,05 |
2,72 |
0,32 |
0,20 |
1,07 |
2,68 |
|
Lоб |
0,90 |
1,04 |
2,45 |
1,79 |
2,72 |
0,96 |
0,64 |
3,40 |
2,69 |
|
Lбер |
1,54 |
0,89 |
0,91 |
0,59 |
0,32 |
0,96 |
0,60 |
1,27 |
1,60 |
|
lкорн, max |
0,97 |
0,23 |
0,37 |
2,11 |
0,20 |
0,64 |
0,60 |
0,46 |
1,19 |
|
lкорн, min |
0,76 |
0,10 |
0,70 |
0,37 |
1,07 |
3,40 |
1,27 |
0,46 |
1,12 |
|
F |
1,71 |
0,65 |
4,48 |
1,19 |
2,68 |
2,69 |
1,60 |
1,19 |
1,12 |
Полученные данные показывают, что факторы, значимо влияющие на усилие повала (корчевания), так или иначе связаны между собой. Сучетом необходимости использования в регрессионных моделях только независимых факторов, а также результатов оценки коэффициентов корреляции принято решение строить регрессионные зависимости для расчета усилия корчевания от диаметра дерева на высоте 1,3м (d1,3) как величины, оказывающей наиболее заметное влияние на искомое усилие. Прочие факторы в модели не включались, поскольку они находятся в тесной связи с диаметром d1,3.
Для получения более точных оценок усилия повала (корчевания) были проведены дополнительные опыты с большим числом наблюдений, в ходе которых замерялись только диаметр d1,3 и усилие корчевания. Результаты этих опытов представлены в табл.5.
Таблица 5
Результаты опытов по определению усилия повала (корчевания) деревьев
№ п/п |
Сосна, суглинок |
Сосна, песок |
Береза, суглинок |
Береза, песок |
||||
d1,3, см |
F, кН |
d1,3, см |
F, кН |
d1,3, см |
F, кН |
d1,3, см |
F, кН |
|
1 |
45 |
84,6 |
39 |
50,5 |
15 |
26,2 |
24 |
30,7 |
2 |
41 |
75,7 |
36 |
46,1 |
17 |
29,7 |
22 |
30,6 |
3 |
50 |
90,6 |
43 |
47,1 |
27 |
34,5 |
23 |
31,5 |
4 |
38 |
74,5 |
43 |
54,3 |
17 |
29,3 |
28 |
31,8 |
5 |
32 |
58,5 |
39 |
52,5 |
18 |
29,1 |
25 |
30,3 |
6 |
34 |
66,1 |
38 |
48,6 |
17 |
26,1 |
26 |
32,8 |
7 |
40 |
72,9 |
39 |
42,2 |
15 |
26,8 |
25 |
29,3 |
8 |
40 |
74,5 |
37 |
43,4 |
26 |
34,4 |
16 |
25,6 |
9 |
42 |
81,8 |
34 |
45,2 |
16 |
26,5 |
17 |
24,3 |
10 |
38 |
77,8 |
34 |
44,4 |
20 |
30,9 |
25 |
30,6 |
11 |
43 |
85,4 |
40 |
48,3 |
17 |
28,4 |
16 |
23,6 |
12 |
40 |
77,8 |
37 |
44,2 |
19 |
31,4 |
18 |
25,7 |
13 |
46 |
85,8 |
42 |
55,1 |
28 |
34,7 |
18 |
28,1 |
14 |
49 |
89,2 |
46 |
52 |
24 |
33,9 |
19 |
25,1 |
15 |
31 |
63 |
45 |
56,5 |
17 |
27,4 |
28 |
32 |
16 |
46 |
88 |
33 |
37,3 |
23 |
34,3 |
28 |
33,3 |
17 |
38 |
72 |
35 |
43,3 |
28 |
34 |
29 |
31,2 |
18 |
40 |
71,7 |
43 |
51,9 |
15 |
24,6 |
15 |
24,9 |
19 |
41 |
80,3 |
44 |
47,9 |
26 |
33,8 |
15 |
26,5 |
20 |
36 |
66,5 |
36 |
43,1 |
24 |
33 |
30 |
33 |
21 |
39 |
74,1 |
33 |
42,2 |
19 |
30,1 |
16 |
26,4 |
22 |
33 |
62,8 |
42 |
48 |
18 |
27,5 |
16 |
24,5 |
23 |
40 |
76,8 |
34 |
36,5 |
17 |
26,7 |
16 |
24,6 |
24 |
44 |
79 |
49 |
56,1 |
26 |
32,7 |
24 |
28,7 |
25 |
40 |
73 |
33 |
43,1 |
23 |
32,7 |
25 |
31,4 |
26 |
47 |
91,7 |
38 |
49,2 |
30 |
33,6 |
30 |
35,5 |
27 |
50 |
98,2 |
37 |
45,9 |
29 |
32,9 |
15 |
24,3 |
28 |
42 |
82,6 |
41 |
47,2 |
18 |
30,5 |
21 |
27,5 |
29 |
41 |
74,8 |
50 |
59,3 |
25 |
34,9 |
18 |
27,6 |
30 |
45 |
82,6 |
31 |
37,2 |
20 |
29,7 |
23 |
29,4 |
31 |
39 |
73 |
46 |
53,9 |
18 |
28,5 |
30 |
35,2 |
32 |
48 |
94,1 |
42 |
47,8 |
28 |
36 |
17 |
24,8 |
33 |
48 |
89,1 |
45 |
51,2 |
15 |
25,6 |
29 |
32,8 |
34 |
41 |
81,4 |
30 |
38,1 |
26 |
33,3 |
22 |
29,3 |
35 |
38 |
70,3 |
32 |
39,6 |
23 |
31 |
27 |
32,9 |
36 |
49 |
94,2 |
47 |
55,3 |
29 |
37 |
21 |
28 |
37 |
40 |
71,5 |
44 |
55,1 |
17 |
29,9 |
29 |
32,3 |
38 |
50 |
96,7 |
41 |
50,8 |
18 |
28,3 |
25 |
31 |
39 |
46 |
87,5 |
49 |
53,6 |
26 |
33,1 |
18 |
27 |
40 |
32 |
58,9 |
43 |
50,1 |
22 |
31,5 |
17 |
26,8 |
41 |
45 |
84,4 |
31 |
39,1 |
23 |
32,7 |
17 |
28,1 |
42 |
33 |
60 |
40 |
47,5 |
16 |
28,7 |
18 |
27,8 |
43 |
47 |
90,5 |
32 |
37,6 |
28 |
34,4 |
19 |
28,5 |
44 |
41 |
77,6 |
50 |
65,5 |
24 |
32,3 |
20 |
28,7 |
45 |
49 |
85,5 |
41 |
51,7 |
18 |
30,7 |
16 |
26 |
46 |
31 |
57,5 |
34 |
38,5 |
18 |
29,2 |
30 |
31,6 |
47 |
30 |
52,1 |
49 |
52,3 |
25 |
33,7 |
24 |
30,9 |
48 |
37 |
70,4 |
40 |
50,5 |
27 |
32,5 |
30 |
33,4 |
49 |
47 |
88,3 |
45 |
52,3 |
28 |
33,8 |
25 |
32,3 |
50 |
36 |
63,4 |
44 |
48,5 |
21 |
30,3 |
18 |
27,1 |
Представленные выборки не содержат анормальных значений, закон распределения исследуемой величины можно считать нормальным. Графически полученные результаты представлены на рисунках.
Рис.1. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – сосна, грунт – суглинок)
Рис.2. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – сосна, грунт – песок)
Рис. 3. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – суглинок)
Рис. 4. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – песок)
При помощи метода наименьших квадратов получены следующие регрессионные модели для оценки усилия корчевания в зависимости от диаметра дерева на высоте 1,3м:
–сосна, суглинок (R2=9,355):
F=1,919d1,3 – 1,412±5,82; (1)
–сосна, песок (R2=7,921):
F=1,5903d1,3+ 18,259±11,18; (2)
–береза, суглинок (R2=8,314):
F=1,0189d1,3+ 7,277±7,585; (3)
–береза, песок (R2=8,650):
F=0,05762d1,3+ 16,396±2,372. (4)
Заключение
Полученные экспериментальные зависимости позволят с достаточной степенью достоверности определить возможность использования деревьев береговой зоны водохранилищ в качестве опор канатной системы устройства для сбора и транспортировки древесины в различных грунтовых условиях.
Библиографическая ссылка
Жук А.Ю. КРИТИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ ОПРОКИДЫВАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОДОХРАНИЛИЩ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИХ В КАЧЕСТВЕ ОПОР КАНАТНОЙ СИСТЕМЫ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12-2. – С. 258-263;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39401 (дата обращения: 03.12.2024).