An analysis of tree stand stability relative to Institute of Meteorology and Water Management (IMGW) classification of maximum wind velocities

Analysing tree susceptibility to uprooting one has to compare external power acting on a tree with its resistance to uprooting (critical moment). The critical uprooting moment for a tree depends on both plant parameters and substratum. Results of an assessment of critical moments of studied pine and black alder tree stands are presented in this paper. Field studies consisted of uprooting trees with parallel measurements of critical moments. Results were compared with the moments of uprooting power of extreme winds. These moments were related to classification of maximum wind velocities proposed by the Institute of Meteorology and Water Management (IMGW).

Silne wiatry mogą powodować różnego typu zagrożenia i szkody, najbardziej narażone na zniszczenia są pojedyncze drzewa, ale również całe drzewostany. Ponieważ skutki działania wiatru zależą od jego prędkości, IMGW zaproponowało specjalnie opracowaną skalę do szacowania wielkości zniszczeń w zależności od prędkości wiatru. Problemy z opracowaniem takiej skali wynikają m.in. z faktu, że zdecydowanie trudniej jest przewidywać skutki, jakie wywoła określona prędkość wiatru na lądzie niż na morzu. To, czy dane drzewo pod wpływem wiatru zostanie połamane lub wyrwane z korzeniami, zależy od bardzo wielu czynników, takich jak: gatunek, wiek, rodzaj i wilgotność podłoża, pora roku itp. Proponowana klasyfikacja (IMGW lub stosowanie bezpośrednio skali Beauforta) jest zatem daleko idącym uśrednieniem możliwych do zaistnienia zdarzeń. Klasyfikacje takie są jednak konieczne ze względów prognostycznych, w tym wysyłania ostrzeżeń meteorologicznych. Analizując stateczność na wywrócenie się drzewa, należy porównać ze sobą siłę zewnętrzną działającą na drzewo oraz jego odporność na wywrócenie (moment krytyczny). Wartości granicznego momentu wywracającego w przypadku drzew zależą zarówno od parametrów rośliny, jak i podłoża. W pracy przedstawiono wyniki badań nad oceną momentów krytycznych badanych drzewostanów sosnowych i czarnej olchy. Ocenę granicznego momentu wywracającego drzew przeprowadzono na dwóch obiektach doświadczalnych. Pierwszy zlokalizowany był na terenach zalewowych Warty w Częstochowie. Drugi natomiast na obrzeżach doliny rzeki Sama w pobliżu Obrzycka. Badania polowe polegały na pomiarze momentu siły potrzebnej do wyrwania drzewa. Pomiar siły wykonywano dynamometrem cyfrowym. Poprzez współpracę dynamometru z komputerem możliwe było precyzyjne notowanie narastania siły, aż do momentu wywrócenia drzewa. Źródłem siły był ciężki sprzęt budowlany wykorzystywany do zrębu lasu i prac drogowych. Wysokość zaczepienia liny powiększona o głębokość wykrotu stanowiła ramię siły służącej do oceny momentu krytycznego. Po zakończeniu wyrywania przystępowano do pomiaru pierśnicy, długości całkowitej drzewa, szerokości korony, szerokości bryły korzeniowej, głębokości wykrotu. Pobierano też próbki gruntu z wykrotu do analiz. Wykorzystując wyniki pomiarów wartości momentów wywracających oraz wartości parametrów geometrycznych wywracanych drzew, oszacowano prędkości wiatru, które wywracałyby poszczególne drzewa. Do szacowania prędkości wiatru wykorzystano przekształcone równanie momentu sił wywracających drzewo na skutek działania wiatru. W dalszych analizach wyznaczone wartości prędkości wiatru odniesiono do klas maksymalnych prędkości wiatru zaproponowanych przez IMGW. Określono w ten sposób, w warunkach których klas prędkości wiatru mogą nastąpić znaczące straty w drzewostanach sosnowych i olchowych.