3. Структура транспортного освоения лесов
3.1. Характеристика сети лесных дорог
Транспортная система относится к сложной системе, состоящей из отдельных подсистем или элементов. Понятие система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определённым образом и образующих некоторое целостное единство». Под элементом принято понимать некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого для нас неопределено.
Важнейшими характеристиками любой системы являются ее структура и процесс функционирования. Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). Именно структура связывает воедино все элементы, и препятствует распаду системы на отдельные компоненты. Расчленение системы на группы элементов может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую и др. основу. Обычно понятие структура связывают с графическим отображением. Однако это не обязательно. Структура может быть представлена в матричной форме, в форме теоретико-множественного описания, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем. В зависимости от связей между элементами различают следующие виды структур: последовательные, параллельные, с обратной связью, сетевые, иерархические. Обратная связь означает, что результат функционирования элемента влияет на поступающие на него воздействия. Как правило, обратная связь выступает важным регулятором в системе. Крайне редко встречается система без того или иного вида обратной связи.
Структура лесотранспортной системы приведена на рис. 3.1 [учебник СТЛ]
Рис. 3.1. Структура лесотранспортной системы
Транспортные сети лесного комплекса имеют, как правило, сложную сетевую структуру, осуществляющую обмен грузами между большим числом территориально разнесенных пунктов, представляющую собой декомпозицию (структуризацию) системы во времени (рис. 3.2).
Рис 3.2. Сетевая структура транспортной сети
В данной структуре вершинами служат лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия, терминалы, а дуги характеризуют направленные грузопотоки. При этом, между двумя вершинами возможно прохождение нескольких дуг как в прямом, так и в обратном направлении. Эти дуги соответствуют транспортным путям различных видов.
Также лесотранспортная сеть имеет иерархическую структуру – с наличием подчиненности, то есть неравноправных связей между элементами, когда воздействия в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом. Эта структура осуществляет декомпозицию системы в пространстве.
Особенность технологии лесозаготовительного процесса состоит в том, что требуется прокладка путей транспорта той или иной степени капитальности до каждого дерева для его валки, трелевки и вывозки. Переместительные операции от мест заготовки до мест потребления (переработки) выполняются по транспортным путям, капитальность которых зависит от грузооборота, грунтово-гидрологических условий и типа лесотранспортной машины (Рис. 3.2).
Перемещение деревьев, хлыстов или сортиментов от места валки до лесопогрузочного пункта согласно принятой терминологии [15, 43] называется трелевкой леса. Трелевка леса выполняется трелевочными тракторами или машинами на гусеничном или колесном ходу по трелевочным волокам. Трелевочный волок – это простейший путь на лесосеке, по которому осуществляется перемещение деревьев, хлыстов, круглых или колотых сортиментов при трелевке или прямой вывозке [15]. Различают пасечный и магистральный трелевочные волока. Пасечный трелевочный волок расположенный вдоль пасеки, используется для трелёвки леса только с одной пасеки, по середине которой он проходит. Магистральный трелевочный волок – волок, соединяющий погрузочный пункт при трелевке или нижний склад при прямой вывозке с несколькими пасечными волоками [15].
Рис. 3.3. Иерархическая структура сети лесных дорог: ПВ – пасечный волок, МВ – магистральный волок, У – ус, В – ветка, ЛМ – лесная магистраль, ДОП – дорога общего пользования
Последующее перемещение заготовленного леса (деревьев, хлыстов, сортиментов) от погрузочного пункта до мест складирования или обработки осуществляется лесовозными автомобилями по лесовозным усам. Усы относят к временным лесовозным путям со сроком эксплуатации не более года, примыкающие к ветке или магистрали лесовозной дороги и предназначенные для освоения отдельных лесосек [15]. На размещение первичных лесотранспортных путей – усов, магистральных и пасечных волоков, существенное влияние оказывает принятая технология лесосечных работ. Дальнейшая транспортировка древесины происходит по веткам. Ветка лесовозной дороги – это ответвление от магистрали лесовозной дороги, обслуживающее часть лесосырьевой базы предприятия [15]. Магистраль лесовозной дороги – это основной участок лесовозной дороги, связывающей осваиваемый лесной массив с нижним складом, дорогой общего пользования или пунктом потребления и рассчитанный на весь период эксплуатации лесосырьевой базы предприятия [15]. Различают лесовозные грузосборочные дороги, которые обслуживают несколько лесозаготовительных предприятий. Кроме этого, лесовозные дороги могут быть круглогодового и сезонного (зимнего) действия.
В связи с тем, что нет необходимости делить лесные дороги на лесохозяйственные и лесовозные, усы и ветки могут стать многоцелевого назначения, а не только для вывозки леса, например, для проведения противопожарных, лесохозяйственных и др. мероприятий. В тоже время магистрали могут перейти в категорию дорог общего пользования.
Таким образом, система лесных дорог состоит из следующих элементов: пасечный и магистральный волоки, ус, ветка, лесная магистраль, которые связаны с дорогми общего пользования, взаимосвязаны, и представляют собой единое целое.
Лесные дороги, в отличие от внутризаводских и внутрицеховых путей, обслуживают не только лесозаготовителей, но и представляют собой часть общей транспортной инфраструктуры региона, обеспечивают хозяйственные и рекреационные потребности местного населения, других промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Дорога – это путь к освоению территории, путь к цивилизации, в том числе к рациональному ведению лесного хозяйства, возможность переходить к интенсивному, постоянному лесопользованию.
Структура сети лесных дорог характеризует ее устройство (строение), определяет взаиморасположение ее элементов. Одним из основных параметров структуры сети лесных дорог является зона тяготения лесных грузов по каждой иерархии. Зоной тяготения лесных грузов к любому лесовозному пути называется участок лесной грузосборочной площади, грузы с которой должны транспортироваться по данному пути [34]. Термин грузосборочной зоны является аналогом термина буферной зоны дорог, использующегося в ГИС, где при проведении анализа близости используется процесс буферизации. Буферная зона (буфер) – пространство вокруг объекта, ограниченное эквидистантной линией. Эквидистанта – это линия, находящаяся на равном расстоянии (радиусе) от объекта. Буферизация – процесс определения буферной зоны (Рис. 3.4).
Рис. 3.4. Буферная зона вокруг пространственного линейного объекта (дороги): 1 – линейный объект, 2 – буфер, 3 – радиус буфера
Имея зону тяготения к пасечным, магистральным волокам, усу, ветке, лесной магистрали и дороге общего пользования можно получить удельную протяженность дорог на единицу площади по лесовозным путям каждой технической категории, так называемую густоту дорог, с помощью которой оценивается степень транспортной доступности территории. Известно, что зона тяготения к пасечному волоку непосредственно зависит от технологии лесосечных работ, и для машинной валки определяется технической характеристикой валочной машины и механизмов (вылет стрелы манипулятора харвестера). Зона тяготения к магистральному волоку, усу, ветке и магистрали зависят от большого числа факторов и друг от друга, так что изменение этого параметра у одних приводит к изменению параметра у других. Такая взаимосвязь позволяет оптимизировать структуру сети лесных дорог.
Пусть имеем планируемую к освоению лесную территорию, которая состоит из одного или нескольких закрепленных за лесозаготовительным предприятием на правах аренды лесных участков. Другими словами, имеем лесосырьевую базу, которая характеризуется площадью и основными таксационными показателями. Различают распределение площади лесного участка из состава земель лесного фонда на лесные и нелесные земли, а также по видам целевого назначения. Для неистощительного использования лесных ресурсов для лесозаготовителей устанавливается разрешенный ежегодный размер рубок спелых и перестойных насаждений, а также рубок ухода за лесом.
Главными источниками информации по лесному фонду служат материалы лесоустройства (в т. ч. картографические материалы). Для перспективного развития лесной отрасли имеются документы лесного планирования (лесной план субъекта Российской Федерации, лесохозяйственные регламенты центральных лесничеств, проекты освоения лесов по лесным участкам, переданным в аренду).
Для осваиваемой территории в конкретных природно-производственных условиях приводится транспортно-технологический процесс от мест заготовки до пунктов переработки древесины. Известны направление основных грузопотоков, основные центры потребления.
Основой для экономической оценки эффективности организации и функционирования транспортно-технологического процесса является технико-экономические показатели, которые выбирают основным критерием при оптимизации. Создание элементов системы лесных дорог требует капитальных и эксплуатационных затрат. Это затраты на строительство и содержание новых, содержание и ремонт магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков, затраты на содержание и эксплуатацию транспортных машин. Удобно и для наглядности целесообразно разделить затраты по дорожной и по перевозочной (транспортной) составляющей. В связи с обязательным осуществлением лесопользователями лесосстановительных работ задаются затраты на лесохозяйственные мероприятия. Технико-экономические показатели принимаются по укрупненным значениям, сравниваются с проектами-аналогами уже запроектированных объектов и фактические показатели предприятий.
Для создания рациональной структуры сети лесных дорог необходимо учесть комплекс лесосечных и лесохозяйственных мероприятий. Размещение лесотранспортных путей должно быть увязано с технологией лесозаготовительного процесса, характеристикой географического положения и таксационных показателей древостоев, обеспечивая экономически выгодное построение всего транспортно-технологического процесса. Задача оптимизации заключается в том, что бы создать такую сеть лесных дорог, чтобы удельные затраты на строительство новых, содержание и текущий ремонт существующих дорог, затраты на трелевку и вывозку древесины, а также затраты на проведение лесохозяйственных мероприятий были минимальны.