1. Introducere

În ultimele decenii, vătămările produse de căderile masive de zăpadă, în special la începutul şi la sfârşitul sezonului rece, sunt tot mai frecvente. Cele mai cunoscute au fost înregistrate în anii 1977, 1979, 1985, 1993, 1995 şi 1996. Mai afectate de zăpadă sunt arboretele de răşinoase, în special cele de pini, molid, brad, duglas, iar în anumite condiţii laricele şi chiar foioasele. Vătămările cele mai mari se înregistrează în arboretele tinere, în vârstă de 15-40 ani. Tipul vătămărilor (rupturi de coroană, de trunchi, arbori dezrădăcinaţi şi aplecaţi) variază dar, în general, în arboretele dese, dominante sunt dezrădăcinările şi rupturile de trunchi, în timp ce în arboretele mai rare, rupturile de coroană (Barbu, 1982b). Denumirea generică “rupturi şi doborâturi de zăpadă” va fi folosită în continuare în forma prescurtată RDZX).

Sub raportul gravităţii vătămărilor se apreciază că, în general, arborii cu vătămări în coroană mai pot fi menţinuţi în arboret: în cazul în care coroana rămasă reprezintă mai mult de şase verticile, arborii până la 50 ani îşi refac coroana după 3-5 ani (Ichim şi Barbu, 1981). În ultimii ani, s-au înregistrat frecvente vătămări de zăpadă în culturile de răşinoase instalate în afara arealului natural al acestora. Cele peste 400.000 ha de culturi speciale de răşinoase pentru celuloză şi colofoniu, instalate în perioada 1960-1985, au ajuns în cea mai mare parte la vârsta vulnerabilităţii maxime la zăpadă. Cele mai multe dintre aceste culturi au fost instalate în Subcarpaţi şi în zona de dealuri, la altitudini de 200-800 m, în locul unor arborete de fag sau de amestecuri de foioase de productivitate mijlocie şi inferioară, adesea degradate (Marcu, 1974; Popescu, 1966; Ionescu şi Marcu, 1970).

În toamna anului 1995 (5-7 noiembrie) şi în primăvara anului 1996 (15-17 aprilie), s-au înregistrat căderi mari de zăpadă, care au provocat, în special în Subcarpaţii de Curbură şi în Subcarpaţii Sudici, vătămări frecvente în aceste culturi. Cele mai afectate au fost arboretele de pin şi molid în vârstă de peste 20 ani, situate la altitudini de 300-500 m.

Cercetările efectuate în ultimii 25 de ani asupra vătămărilor produse de căderile de zăpadă în păduri (Barbu, 1979 a,b; Ichim şi Barbu, 1981; Barbu, 1982) permit sintetizarea unor concluzii cu aplicabilitate practică imediată, care pot contribui la evitarea şi diminuarea, în viitor, a pagubelor produse de căderile masive de zăpadă, având în vedere că împotriva factorilor determinanţi (căderi masive de zăpadă aderente la substrat) şi favorizanţi (relief, sol etc.) nu se poate lupta. În acest sens, experimentele efectuate în Germania, pentru a “scutura” zăpada de pe arbori utilizând escadrile de elicoptere militare au pus în evidenţă utopia acestui gen de intervenţii.

Singurele măsuri raţionale de prevenire şi diminuare a vătămărilor (Barbu, 1982 a; Barbu şi Cenuşă, 1987) constau în:

a) cartarea zonelor cu risc ridicat la apariţia căderilor masive de zăpadă şi evitarea instalării unor păduri vulnerabile (de răşinoase) în aceste zone. În mod natural, în zonele de risc ridicat, pădurile de răşinoase lipsesc sau sunt rare şi amestecate.

b) în zonele cu risc ridicat în care au fost instalate culturi de răşinoase, se vor efectua cartări mai detaliate, în sensul stabilirii urgenţelor de intervenţie pentru stabilizarea şi mărirea rezistenţei la zăpadă. Cartarea va avea drept obiective prioritare următoarele : (i) determinarea bandei altitudinale cu risc mare de apariţie a vătămărilor de zăpadă (Barbu, 1979; 1982); (ii) delimitarea formelor de relief în funcţie de intensitatea probabilă a vătămărilor de zăpadă (Barbu, 1982); (iii) delimitarea culturilor de răşinoase pe clase de vârstă, categorii de desime, compoziţie (arborete pure şi amestecate) şi structură verticală (Barbu, 1982).

Din suprapunerea acestor hărţi va rezulta o diversitate de unităţi staţionale şi de arborete, care pot fi ierarhizate în clase de mărimi ce se pot constitui în urgenţe de intervenţie. Pentru arboretele aflate în primele două clase de vulnerabilitate (primele urgenţe de intervenţie) se vor efectua studii mai detaliate, finalizate prin proiecte de lucrări, care vor preciza oportunitatea şi intensitatea intervenţiilor, felul intervenţiilor, costurile şi efectele (ecologice) imediate şi de perspectivă.

Cercetările experimentale efectuate de I.C.A.S. au pus în evidenţă în detaliu modul de intervenţie şi efectele posibile ale acestora (Ichim şi Barbu, 1979; Barbu şi Cenuşă, 1987). Toate tehnologiile se află la dispoziţia personalului tehnico-ingineresc din producţie şi trebuie aplicate coerent. Pentru specialiştii din producţie problema care trebuie rezolvată este aflarea răspunsului la următoarele întrebări: unde, cât şi cum intervenim cu lucrări silviculturale specifice pentru a preîntâmpina vătămările de zăpadă.

2. Factori implicaţi

Factori determinanţi (factorii sau elementele cu acţiune de scurtă durată care modifică radical echilibrul arborilor şi stabilitatea arboretului) sunt reprezentaţi de: condiţiile aerosinoptice favorabile căderii unor cantităţi de precipitaţii sub formă de zăpadă de peste 40 mm în 24-48 ore (fig. 1): (a) P > 40 mm/24 h; (b) t = 1,0-3,0 0C; (c) calm atmosferic.

Factorii predispozanţi sunt factorii sau elementele care îşi exercită acţiunea un timp îndelungat aproape toată viaţa asupra arborelui; sub acţiunea factorilor determinanţi se amplifică sau se reduc vătămările. Aceştia includ: factorii staţionali altitudine (fig. 2), forma de relief (fig. 3), panta, proprietăţile hidrofizice ale solului, fertilitate (bonitatea etc.) şi factorii ce depind de arboret: specia, structura orizontală şi verticală a arboretului, vârsta, numărul de arbori la hectar (N/ha) (fig. 4), indicele de densitate (Id).

Factorii incitanţi sunt factorii care favorizează evoluţia negativă a stării de echilibru a arborelui; sub influenţa lor arborele evoluează inexorabil către moarte sau degradare, sub acţiunea factorilor determinanţi. Efectul lor va fi cu atât mai evident cu cât impactul factorilor determinanţi este mai mare: (a) abiotici vântul, gerul; (b) biotici vânatul, ciupercile (putregai); (c) antropici intervenţii silviculturale (de la creare până la aplicarea tratamentelor); plantaţii cu desimi mari, coeficienţi de zvelteţe nefavorabili (fig. 5); arborete tinere neparcurse cu curăţiri şi rărituri, arborete puternic vătămate de vânat, exploatare (arbori cu putregai), arborete echiene, vătămate anterior de zăpadă şi vânt etc.

Apariţia unor căderi mari de zăpadă nu conduce neapărat la producerea vătămărilor în păduri. Probabilitatea apariţiei RDZ este o probabilitate condiţionată şi se obţine din intersecţia mulţimilor factorilor determinanţi (fig. 6). Vătămările de zăpadă în păduri se produc numai atunci şi numai acolo unde se realizează simultan toţi aceşti factori, ceea ce în limbajul teoriei mulţimilor se referă la intersecţia mulţimilor A, B şi C.

Analizele statistice pe date reale, înregistrate la staţiile meteorologice, arată că în condiţiile ţării noastre, în mod frecvent, aceste condiţii sunt îndeplinite simultan cel puţin în anumite ambianţe orografice (altitudine, formă de relief, poziţie pe versant etc.) (Anonymous, 1982; Bordei, 1988; Topor, 1965).

În limbajul teoriei probabilităţilor, probabilitatea apariţiei RDZ este o probabilitate condiţionată de realizarea în acelaşi timp şi în acelaşi loc, a tuturor factorilor determinanţi:

unde:

P_RDZ – probabilitatea apariţiei unor vătămări de zăpadă semnificative (pe spaţii de zeci de mii de ha, în arborete diverse);

P_A – probabilitatea apariţiei unor căderi de zăpadă în cuantum de peste 40 mm în 24-48 ore;

P_B – probabilitatea ca temperatura medie să fie cuprinsă în intervalul 1,0-3,0 0C;

P_C – probabilitatea de a se înregistra calm sau ca viteza maximă a vântului să nu depăşească 3 m/s într-un interval de 24 ore. Prin transformarea frecvenţelor în probabilităţi, se pot calcula fiecare dintre parametrii de mai sus.

Calculele se pot realiza pe luni sau anual. Din analiza fenomenului în ţara noastră, rezultă că peste 85 % din RDZ se înregistrează în martie-aprilie şi octombrie-noiembrie.

Pentru operativitate, recomandăm studierea acestor frecvenţe pe perioade cât mai lungi la începutul şi sfârşitul iernii. Indicatorul sintetic astfel obţinut poate sta la baza fundamentării silviculturii şi a măsurilor de gospodărire care se impun în culturi de răşinoase.

3.1 Evaluare pe baza frecvenţei căderilor de zăpadă

Pentru studiul detaliat al riscului apariţiei vătămărilor de zăpadă într-o regiune este necesară întocmirea unui catalog al căderilor de zăpadă peste o anumită valoare cantitativă în 24-48 ore (de exemplu peste 5-10 mm echivalent apă). Exemplificăm prin prezentarea catalogului întocmit pentru Staţia Câmpulung Mold. (659 m) în perioada 1961-1995 (anexa 1), date care pot fi stratificate şi prelucrate statistic. În intervalul studiat – 35 ani – au fost înregistrate 128 căderi de zăpadă în echivalent apă>5 mm şi 105 căderi în echivalent >10 mm.

Stratificarea căderilor de zăpadă în raport cu mărimea acestora, anual sau în lunile de iarnă, permite studiul legii frecvenţei şi, deci, obţinerea parametrilor fundamentali ai evaluării riscului.

Legea frecvenţei . Relaţia frecvenţă – cantitate (Sommerfeld, 1974; Tovissi şi Vodă, 1982) (tabelul 1), pentru seria de căderi de zăpadă înregistrate în perioada 1961-1995, se poate exprima printr-o ecuaţie exponenţială de forma (fig. 7):

sau, mai general,

unde:

Ni, (y) – numărul de căderi de zăpadă în echivalent apă Qi(x);

Qi – clasa de mărime a căderilor de precipitaţii (Q1= 10-20 mm; Q2= 21-30 mm; Q3= 31-40 mm; Q4= 41-50 mm; Q5= 51-60 mm; Q6> 60 mm);

Logaritmând ecuaţia (2) rezultă:

în care:

(N) y – numărul căderilor de zăpadă dintr-o anumită clasă de mărime Q_i(x);

Coeficienţii, aşa după cum apar în figura 7, sunt: log A = a, B.loge = b, a = log 105,79 = 2,02, b = -0,775.log e = 0,775.0,4343 = 0,336

Coeficientul a variază în funcţie de perioada de observaţii şi, probabil, de la o regiune la alta, şi reprezintă logaritmul numărului căderilor de zăpadă în cuantum mai mare de 0,1 mm, în perioada de observaţii.

Coeficientul b reprezintă înclinarea dreptei semilogaritmice care aproximează cel mai bine valorile observate şi nu ar trebui să depindă de perioada de observaţie, ci numai de regiunea climatică şi de altitudine.

Numărul mediu anual al căderilor de zăpadă (N1i) în cuantum mai mare de 10 mm (echivalent apă) se calculează cu ajutorul relaţiei:

unde:

N – reprezintă numărul total de căderi de zăpadă în cuantum mai mare de 10 mm (echivalent apă); Q_i – clasa de mărime i; T – perioada de observaţie.

Pentru staţia meteorologică Câmpulung Moldovenesc avem: a11= log N11= log 105,6 0,336 . 1 log 35 = 2,02 0,336 -1,54 = 0,14, N11= 1,38.

Pe baza datelor din tabelul 1, am calculat şi reprezentat grafic (fig. 8) ecuaţiile care permit determinarea frecvenţelor lunare ale numărului căderilor de zăpadă corespunzătoare anumitor clase de mărime.

În tabelul 2 s-au calculat valorile lunare ale coeficienţilor a şi b. Se constată că pentru lunile cu căderi de zăpadă (X-IV), valoarea coeficientului b oscilează între -0,119 (aprilie) şi -0,408 (ianuarie); cu cât valoarea lui b este mai mică, cu atât probabilitatea de apariţie a condiţiilor pentru producerea vătămărilor de zăpadă este mai mare şi invers.

Prin cercetări detaliate ale arhivelor staţiilor meteorologice reprezentative pentru diferite regiuni (climatice, geomorfologice etc.), urmează a se stabili domeniile de variaţie ale acestui parametru şi eventualele legături cu alţi parametri referitori la frecvenţa şi caracteristicile fizice ale precipitaţiilor. Pe această bază, se vor putea elabora hărţi de risc în legătură cu apariţia unor căderi mari de zăpadă.

3.2. Probabilitatea de apariţie a vătămărilor produse de zăpadă (RDZ)

Fundamentarea măsurilor de gospodărire (în special a arboretelor artificiale de răşinoase) necesită cunoaşterea anticipată a riscului de apariţie a RDZ. Este ştiut faptul că vătămările de zăpadă se înregistrează cuefecte catastrofale mai ales în arboretele tinere, de 15-50 ani, din acest motiv fiind necesară analiza probabilităţii de apariţie a RDZ în această perioadă minimală de timp de 30-35 ani.

Determinarea frecvenţei de apariţie a căderilor de zăpadă, de o anumită cantitate, într-o anumită regiune, este elementul esenţial în prognoza apariţiei RDZ. Relaţia frecvenţă-cantitate permite calculul numărului mediu anual de căderi de zăpadă în cuantum Q_I> Q_r, unde Q_r este cantitatea care prezintă risc major pentru stabilitatea arborilor (Q_r > 40 mm/24 h). Acest număr poate fi considerat o măsură a gradului de risc la apariţia RDZ (N_1rnumăr zăpezi Q_r/an). N_1rse calculează cu formula:

Pentru o anumită regiune este foarte util să se cunoască probabilitatea de apariţie într-un interval de timp a unei căderi de zăpadă care să producă vătămări semnificative în pădurile de răşinoase. Această probabilitate va fi denumită “riscul RDZ”, iar cunoaşterea sa ar permite stabilirea mai precisă a limitelor pentru extinderea răşinoaselor şi a măsurilor de gospodărire ce se impun în culturile deja instalate.

Probabilitatea de apariţie a unei căderi de zăpadă în cuantum Qiîn perioada T se exprimă cu formula:

Prin logaritmare se obţine:

unde:

P_{(Qi,T )} – probabilitatea de apariţie în intervalul T a unei căderi de zăpadă în cuantum >Q_i;

N_i – numărul mediu anual de căderi de zăpadă în cunatum Q > Q_i;

T – perioada de prognoză.

În tabelul 3 s-a calculat numărul mediu anual (N_1i) al căderilor de zăpadă din diferite clase de mărime (Q _i > Q), perioada medie de revenire (t_i) şi probabilitatea de apariţie a unor căderi de zăpadă în cuantum Q_i (sau mai mare) în zona Obcinelor Bucovinei (Câmpulung Moldovenesc).

Perioada medie de revenire a unei căderi de zăpadă se calculează cu formula:

Rezultatele obţinute privind probabilitatea de apariţie a unor căderi de zăpadă Q>Q_i în diferite perioade de timp (T) au fost reprezentate grafic în figura 9. Se constată că, în 10 ani, probabilitatea de apariţie a unor RDZ semnificative Q > Q₄este de 60%, în 30 ani de 92 %, iar în 50 ani de 99 %.

Putem aprecia deci, că în zona cercetată, într-o perioadă de 50 ani, probabilitatea de apariţie a unei căderi de zăpadă cu efect catastrofal în păduri este de circa 99 %. În consecinţă, trebuie adoptat un sistem de gospodărire care să ţină cont de pericolul apariţiei vătămărilor de zăpadă. Pentr realizarea unor arborete rezistente la zăpadă se recomandă crearea acestora la scheme largi (2500-3000 N/ha) şi parcurgerea timpurie cu lucrări de curăţiri, care să aducă numărul de arbori la hectar în domeniul valorilor optime recomandate (Barbu şi Cenuşă, 1987). Pe baza calculului probabilităţii de apariţie a unor căderi mari de zăpadă se pot realiza, de asemenea, hărţi de risc la apariţia RDZ.

Aprofundând cercetările şi coroborând valorile parametrilor observaţi ai căderilor de zăpadă cu condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească zăpada pentru a produce vătămări în păduri (Barbu, 1978; 1982; Ichim şi Barbu, 1981) se pot stabili şi mai precis parametrii cantitativi ai căderilor de zăpadă susceptibile să producă vătămarea arborilor. Astfel, s-a stabilit că vătămările de zăpadă se produc în păduri, acolo unde cuantumul precipitaţiilor depăşeşte o anumită valoare (variabilă de la o specie la alta şi în funcţie de parametrii biometrici ai arborilor), iar zăpada are densităţi mai mari de 150 kg/m3. La această valoare, rezistenţa de rupere a zăpezii creşte foarte mult (Barbu, 1982), ceea ce explică acumularea ei în cantităţi mari pe coroane.

Pe baza datelor din catalogul căderilor de zăpadă de la Câmpulung Moldovenesc, s-a întocmit tabelul sintetic (tabelul 4), în care s-au stratificat, pe clase de mărimi şi pe categorii de densitate, toate căderile de zăpadă în cuantum mai mare de 10 mm echivalent apă din perioada 1961-1995.

În figura 10 s-a reprezentat grafic şi s-au calculat ecuaţiile de regresie ale frecvenţei zăpezilor din diferite categorii de densitate în funcţie de cantitatea căzută (Q_I). Valorile exponentului B din ecuaţiile calculate pun în evidenţă că şi sub raportul frecvenţei zăpezile periculoase sunt cele cu densităţi de peste 150 kg/m3. Calculând, pe baza metodologiei expuse anterior, probabiliatea de apariţie a unor căderi de zăpadă din diferite clase de mărimi şi categorii de densitate, se constată că probabilitatea de apariţie a unor căderi de zăpadă de peste 40 mm (echivalent apă) cu densitatea mai mare de 150 kg/m3este mult mai mare decât în cazul celorlalte categorii de densitate. Aceasta demonstrează clar că în condiţiile aerosinoptice care favorizează apariţia unor căderi mari de zăpadă, probabilitatea cea mai mare este ca zăpada să aibă densităţi mari, ceea ce se asociază cu un mare pericol de producere a vătămărilor de zăpadă în păduri.

Evaluarea riscului la apariţia vătămărilor de zăpadă se poate face pentru fiecare staţie meteo prin calcularea frecvenţei căderilor de precipitaţii în 24 h mai mari de 40 l/m2 şi transformarea frecvenţei în probabilitate. Pentru silvicultură, problema evaluării riscului corespunzător fiecarei staţie meteorologice este laborioasă şi adesea cu relevanţă redusă, deoarece foarte rar staţiile meteorologice se află în păduri.

Bibliografie

Anonymous, 1982. Geografia fizică a României. Ed. Academiei, Bucureşti.

Barbu, I., 1979 a. Factorii meteorologici care au favorizat producerea rupturilor şi doborâturilor de zăpadă din 16-18 aprilie 1977 în pădurile din Bucovina. Rev. Păd. 1.

Barbu, I., 1979 b. Cercetări privind influenţa reliefului în producerea rupturilor şi doborâturilor de zăpadă din aprilie 1977 în pădurile din Bucovina. În vol. Lucrările Conferinţei Naţionale pentru Ştiinţa Solului, Braşov.

Barbu, I., 1982 a. Zonarea pe baze geomorfologice a vulnerabilităţii la zăpadă a arboretelor. Buletinul societăţii de geografie din R. S. România, serie nouă. Vol. VI (LXXVI) Bucureşti.

Barbu, I., 1982 b. Cercetări privind influenţa factorilor din sol şi a altor factori staţionali asupra rupturilor şi doborâturilor produse de zăpadă în pădurile din Bucovina. Teză de doctorat, Universitatea din Braşov.

Barbu, I. şi Cenuşă, R., 1987. Asigurarea protecţiei arboretelor de molid împotriva doborâturilor de vânt şi rupturilor de zăpadă. Seria a II-a ICAS, Bucureşti.

Bordei, N.I., 1988. Fenomene meteoclimatice induse de configuraţia Carpaţilor în Câmpia Română. Ed. Academiei, Bucureşti.

Ichim, R., Barbu, I., 1979. Relativ la gospodărirea pădurilor de molid din Bucovina cu privire specială la curăţirea arboretelor tinere. Rev. Păd. 3.

Ichim, R., Barbu, I., 1981. Rupturile şi doborâturile de zăpadă din pădurile judeţului Suceava. Seria a II-a ICAS, Bucureşti.

Ionescu, Al., Marcu, Gh., 1970. Recomandări privind extinderea culturii pinului, pinului silvestru şi pinului negru în România. I.C.S.P.S., Bucureşti.

Marcu, Gh., 1974. Cercetări privind extinderea molidului în R.S.R. Ed. Ceres, Bucureşti.

Popescu, C.I., 1966. Cultura pinului negru austriac. C.D.F., Bucureşti.

Sommerfeld, R.A., 1974. A Weibull Prediction of the Tensile Strength. Volume relationship. Geographical Research, 23.

Topor, N., Stoica, C., 1965. Tipuri de circulaţie şi centrii de acţiune atmosferică deasupra Europei. C.S.A., Bucureşti.

Tovissi, L., Vodă, V., 1982. Metode statistice. Aplicaţii în producţie. Ed. Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti.

Summary: Methods for the evaluation of risk to snowdamages in Romanian forests

Statistical information prove that in the last 50 years the damages caused by snow in forests (especially in the coniferous forests) significantly increased.

The research aims are to propose an holistic analisy of the snow damages in forests and for the management of the risk. A better knowledge of the risk can reduce of the impact of catastrophic damages as much is possible and restore the damaged forests in such way so that further catastrophes may be limited in their extent and effects.

The main causes of the occurrence of snowdamages are: (a) the structural modifications of forest landscape under human activities, through extension of the artificial coniferous plantations; (b) climatic changes with major effects, represented by the catastrophic rainfalls in short time (1-3 days) in the same region. When these are liquid, the catastrophic floodare are registered and when the precipitation are in snow-form, snow-damages in hilly forests or avalanches in high mountains are registered too. More than 10 catastrophic snow-damages have been reported in the last 20 years in Europe. In some regions, snow and wind damages represent more than 40-80 % of sustained cut in 10 years, with severe effects on the forest management and wood market.

In comparison with the wind damages, snow damages are more dangerous, because appear, generally, in young stands, and the management of damaged stands is more difficult and risky. In forests, snow damages are examined in relation with the geographical and meteorological conditions: (a) identification of the natural parameters in different region of Romania for the evaluation of natural risk to snow damages; (b) meteorological and climatological factors which determine snow damages in forests (determinant factors);evaluation of the risk on the basis of determinant factors – probabilistic model; (c) identification of the predisposant and incitant factors in snow damaged forests and quantification of their influence; (d) development of the methods and mapping criteria for the prognosis of risk to snow damages; (e) production of the methods for snow risk analisys and the specific management of stands; (f) rationalization of the financial and human efforts with an increase of the forest stability.

The results are the based on the autor’s experience in the research and evaluation of four catastrophic snow damages in Romania (1977, 1979, 1993, 1996). Some proposals for the evaluation of stands stability to snow and for the snow risk mapping of the Romanian territory have been developed in recent years.

Autorul. Dr. ing. Ion Barbu activează ca cercetător principal I, activează în cadrul Staţiunii Experimentale de Cultura Molidului Câmpulung Moldovenesc, jud. Suceava. Poate fi contactat prin email: barbu.ion@icassv.ro.