Лесозаготовительная отрасль является одной из важнейших в лесной промышленности страны. Древесные ресурсы, поступающие с лесозаготовок, в дальнейшем перерабатываются во многие ценные продукты. При этом от объема и качества поступающего первоначального сырья зависят различные дальнейшие процессы – от формирования цен на продукцию до качества получаемых товаров и объема вторичных древесных ресурсов [1].
Лесозаготовительные предприятия в процессе своей деятельности зачастую осуществляют три ключевых взаимосвязанных технологических процесса: непосредственно лесозаготовка, перегрузочно-складские операции и транспортировка (вывозка) древесины. На каждый из них в значительной степени оказывают воздействие многие факторы [2]. При этом на последний, помимо производственных и организационно-экономических, в значительной мере воздействуют природно-климатические условия [3]. Действительно, вывозка древесины из леса осуществляется по протяженным маршрутам (в Сибири до 200–300 км) с изменчивыми рельефами, почвами, дорожными покрытиями. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на вывозку древесины, являются климатические условия [4]. Очевидно, что движение (скорость) автолесовозов в ясный холодный день зимой и дождливый день осенью будет серьезно варьироваться [5]. Таким образом, природно-климатические условия в значительной мере оказывают воздействие на скорость движения лесовозов и на объемы вывозки древесины. Целью данного исследования является оценка данных зависимостей и составление соответствующих регрессионных моделей.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования выступили автомобильные лесовозные дороги, находящиеся на территории различных лесозаготовительных районов Красноярского края (Богучанский, Енисейский, Мотыгинский). Территории различаются природно-климатическими условиями. В ходе исследования использованы данные о лесозаготовках и вывозке древесины с лесной территории на береговые нижние склады за 2017–2019 гг. В качестве природно-климатических факторов анализировались сведения за аналогичные периоды времени, находящиеся в архивных сведениях о погоде на электронном ресурсе rp5.ru по соответствующим метеорологическим постам (Богучанский, Назимовский, Енисейский, Мотыгинский).
Вследствие неоднородности природно-климатических и производственных условий в различные временные интервалы, а также возможности их классификации по наиболее близким характеристикам, весь лесозаготовительный (в том числе учитывающий вывозку древесины с лесной территории) процесс разделен на пять периодов [6]: зимний (11 ноября – 20 марта); зимне-весенний (21 марта – 20 апреля); весенний (21 апреля – 30 июня); летний (1 июля – 31 августа); осенний (1 сентября – 10 ноября). Основной метод математической обработки данных – корреляционно-регрессионный анализ, осуществляемый с применением статистического продукта Statistica 10.0 [7, 8]. Полученные ранее авторами результаты о значительной зависимости вывозки древесины с лесной территории в каждом из данных районов от природно-климатических факторов [3] выявили потребность проведения исследований и составления моделей, отражающих зависимости для всего региона.
Результаты исследования и их обсуждение
Одним из тезисов, регулярно заявляемых сообществом лесопромышленников и лесозаготовителей, является зависимость объема вывозки древесины от температуры воздуха. При этом основной акцент делается на зимнем периоде времени [9, 10].
В ходе исследования установлено, что очевидной зависимости между температурой воздуха и объемами вывозки не наблюдается. Разброс данных по вывозке на нижний склад слишком велик, чтобы сформировать как модель, так и отдельные зависимости. Вместе с тем на рис. 1 видно, что присутствует общая тенденция к снижению объемов вывозимых грузов при падении температуры.
Концентрация рабочих параметров вывозки древесины на нижний склад наблюдается при температурах в диапазоне от -8 до -31 °С (рис. 2). При этом наиболее часто встречаемые объемы суточной вывозки составляют 100–800 м3/сут. Следует отметить, что представленные на рис. 1 и 2 иллюстрации характеризуют вывозку в исследуемых лесозаготовительных районах с использованием идентичного числа лесовозной техники.
В ходе оценки влияния комплекса природно-климатических факторов на вывозку древесины на нижний склад было определено, что регрессионных моделей с высоким коэффициентом (R > 0,8) детерминации не существует. Данный факт обусловлен наличием множества производственных параметров, определяющих выработку и влияющих на количество перевозимых грузов в определенные временные интервалы. К данным факторам могут относиться состояние оборудования, наличие свободных площадей (складов), возможность оплаты трудозатрат персонала и арендуемой техники и т.д. Вместе с тем приемлемые модели (при 0,5 < R2 < 0,7) зависимости объема вывозки древесины на нижний склад от комплекса природно-климатических факторов могут быть получены.
Рис. 1. Зависимость объема вывозки древесины на нижний склад от минимальной суточной температуры воздуха
Рис. 2. Диаграмма концентрации объема вывозки древесины на нижний склад в зависимости от минимальной суточной температуры воздуха
Так, для зимнего периода наиболее выражена зависимость от факторов 2 и 7 (рис. 3, а). Наглядно видно, что в зимний период объемы вывозки тем выше, чем больше дальность видимости и меньше скорость ветра. Очевидно, что в сложных погодных условиях (плохая видимость и сильный ветер) водители автолесовозов вынуждены снижать скорость, а объемы вывозки при неизменном количестве лесовозов неуклонно и объективно снижаются.
а) б)
Рис. 3. Зависимость объема вывозки древесины на нижний склад: а – горизонтальной дальности видимости и скорости ветра в зимний период; б – от относительной влажности воздуха и минимальной температуры воздуха в зимний период
Еще двумя значимыми факторами, влияющими на вывозку древесины на нижний склад, как показал анализ, являются относительная влажность и минимальная температура воздуха (рис. 3, б). Показанная выше (рис. 1) зависимость вывозки от температуры дополняется в данном случае влиянием влажности воздуха. Очевидно, что при слишком высокой влажности воздуха (и низкой температуре) работа техники существенно осложняется – происходит обледенение (как техники, так и дорожного полотна), что приводит к снижению производительности вывозки.
Вследствие невозможности представления в графическом виде зависимостей вывозки от нескольких параметров, в ходе исследования были получены лишь регрессионные зависимости по каждому из исследуемых периодов вывозки. В качестве основы использовалась модель вида
(1)
где Y – зависимая переменная (объем перевозимой одной машиной древесины на плечо вывозки в сутки, м3•км /маш•сут); bi – коэффициент при i-й независимой переменной; bii – коэффициент при i-й независимой переменной в квадрате; bij – коэффициент при всех возможных попарных произведениях независимых переменных (при i ≠ j); n – количество независимых переменных; vi – i-я независимая переменная
В случае четырех независимых переменных (выявленных в ходе исследования) общая модель имеет вид
(2)
В ходе исследования рассматривалось влияние следующих природно-климатических факторов на объемы удельной вывозки древесины единицей техники по маршруту до нижнего склада в условиях Красноярского края: W – относительная влажность воздуха, %, S – скорость ветра, м/с, O – тип осадков. В исследовании установили, что для получения численных значений данного фактора будут использоваться следующие характеристики типа осадков: дождь непрерывный – 1,5; снег непрерывный – 1,5; дымка – 0,5; ливневый снег – 2; ливневый дождь – 2; туман – 1; P – продолжительность осадков. Для наличия численных значений установлено, что продолжительность осадков принимается: ливень – 2; дождь – 1; снег или дождь со снегом – 1,5; туман – 0,5. Тмин – минимальная температура воздуха за сутки, °С. Тмакс – максимальная температура воздуха за сутки, °С. V – горизонтальная дальность видимости, км. R – количество выпавших осадков, мм. S – высота снежного покрова, см (при наличии). В ходе исследования получены следующие модели зависимостей по лесозаготовительным периодам:
Осенний:
Y = 2006,06 + 100,66*S + 1829,70*S2 –
– 625,09*O + 4119,51*O2 – 5629,76*S*O +
+ 1049,78*Тмакс + 16,63*Тмакс2 –
– 276,38*S*Тмакс – 444,75*O*Тмакс +
+ 3250,13*P + 1248,67*P2 – 5768,98*P*S +
+ 2616,28*O*P – 78,06*Тмакс*P.
Летний:
Y = 98705,3 – 1868,5*Тмакс-814,4*V –
– 5,8*Тмакс2 – 13,2*V2 – 31,1*Тмакс*V –
– 40565,4*S + 3909,6*S2 + 215,8*S*Тмакс +
+ 151,5*S*V – 74,3*W – 4,7*W2 +
+ 124,7*W*S + 6,1*W*Тмакс + 9,5*W*V.
Весенний
Y = – 7315,4 – 11845,1*S + 1364,3*V +
+ 1658,9*S2 – 9,7*V2 + 12,9*S*V +
+ 1242,7*Тмакс – 0,6*Тмакс2 –
– 116,6*S*Тмакс – 25,9*V*Тмакс +
+ 18596,0*P – 11622,9*P2 + 1470,5*S*P –
– 33,1*V*P + 20,0*Тмакс*P.
Зимне-весенний:
Y = 21864,51 + 407,04*Тмин + 95,15*V –
– 14,51*Тмин2 + 2,38*V2 + 8,39*Тмин*V +
+ 514,38*S + 698,82*S2 – 80,82*S*Тмин –
– 76,08*S*V – 521,17*W + 4,56*W2 –
– 68,75*W*S – 8,18*W*Тмин + 2,27*W*V.
Зимний:
Y = 4304,29 – 435,75*Тмин + 503,55*V –
– 0,25*Тмин2 – 3,50*V2 – 1,42*Тмин*V –
– 5551,48*S + 59,71*S2 – 30,80*S*Тмин –
– 124,39*S*V + 78,49*W – 2,40*W2 +
+ 93,79*W*S + 5,29*W*Тмин + 1,37*W*V.
Полученные регрессионные модели отражают влияние на кубокилометр вывозимой древесины на нижний склад единицей техники в сутки в лесозаготовительных районах Красноярского края.
В рамках оценки влияния на вывозку древесины различных климатических условий невозможно обойти вниманием помимо рассмотренных в данном исследовании и иные факторы: производственные, инфраструктурные, природные (рельеф, почвы и т.д.). В рамках выстраиваемых моделей и регрессионных зависимостей, по авторскому мнению, возможно решение задачи двумя способами: 1. Включение в перечень анализируемых факторов дополнительных параметров и проведение регрессионного анализа с учетом их влияния [5]. 2. Включение дополнительных параметров в качестве коэффициентов (поправочных) в полученные ранее модели в различных вариантах. Очевидно, что первый вариант предпочтительнее, так как позволяет исключать менее значимые факторы на этапе предварительной оценки. Вместе с тем включение дополнительных параметров в полученные модели является сложной дискуссионной задачей.
Заключение
В ходе исследования установлены регрессионные зависимости влияния на вывозку древесины с лесной территории комплекса природно-климатических факторов. Полученные модели и подход к оценке могут быть использованы и в других лесозаготовительных регионах страны. Основная цель подобных исследований – выявление закономерностей изменения объемов транспортируемой древесины под воздействием природно-климатических факторов. Данные сведения важны как с теоретической, так и с практической точки зрения – для планирования деятельности различными предприятиями, вовлеченными в лесозаготовительный процесс.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, Правительства Красноярского края, Краевого фонда науки и ООО «Красресурс 24» в рамках научного проекта № 20-410-242901 и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда науки в рамках научного проекта: «Исследование и моделирование процессов развития экономики лесной промышленности региона в контексте природно-климатических условий и ресурсного потенциала», № 18-410-240003.