Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности изменения и методика определения параметров влагопереноса, инфильтрационного питания на орошаемом массиве в аридной зоне (На примере Тедженского оазиса)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности изменения и методика определения параметров влагопереноса, инфильтрационного питания на орошаемом массиве в аридной зоне (На примере Тедженского оазиса)"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ им. С. ОРДЖОНИКИДЗЕ

11а правах рукописи

ХОДЖАМУХАМЕДОВ Баймурад Гельдымурадовнч

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ И МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЛАГОПЕРЕНОСА, ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ НА ОРОШАЕМОМ

МАССИВЕ В АРИДНОЙ ЗОНЕ (На примере Тедженского оазиса)

04.00.06. Гидрогеология

Автореферат

диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА—1990

Диссертационная работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте им. С- Орджоникидзе.

Научный руководитель — доктор геолого-минералогических наук, профессор И. К. Гавич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация —

доктор геолого-минералогических наук Н, В. Роговская

кандидат геолого-минералоги-ческнх наук Д. А. Манукян

Южно-Каракумская гидрогеологическая экспедиция ТССР

Защита диссертации состоится 20 декабря 1990 г. в ауд. в часов на заседании специализирован-

ного Совета К.063.55.04 по защите диссертаций при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени С. Орджоникидзе по адресу: Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю пэ адресу: 117873, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23.

Автореферат разослан « » 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук Д. М. ЧУМАКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Актуальность проблему. В настоящее время важнейшей задачей сельского хозяйства является повышение эффективности использования орошае!.шх земель. Проблем оценки и рационального использования водных, ресурсов приобретает особую остроту при обеспечении водой гидромелиоративных объектов. Поэтов, одной из актуальных проблем п гидрогеологии является изучение взаимосвязи атмосферных и поверхностных вод с подземными водгша через зону аэрап/д. Черзз эту зону происходит массо-энергооймен, знание которого дозволит решить многие главнейшие вопросы гидрогеологии, связанные с динамикой влаги в ненасыщенных грунтах, количественной оценки интенсивности влага-переноса и на этой основе в дальнейшем регулировать и рационально использовать подземные и поверхностные воды, что особенно актуально . для аридной зоны.

Цель работы. Выявить возможные пути регулирования и рационального использования оросительной воды и установить оптимальные условия режима влаги в породах зоны аэрадии Тедаенского оазиса, позволяющие получать высокий урожай выращиваемых культур л сохранять

плодородие почв.

Задачи исследований: I. Изучить и обобщить существующие материалы геолого-гидрогеологическях условий Тедкенского оазиса и построить карты зоны аэрации, грунтовых вод, водно-солевого режима и разрезы, на основе чего выделить ключевые участки для исследования процессов влагопереноса.

2. Провести комплексные полевые и лабораторные исследования для оценки параметров влагопереноса и ин$ильтрационного питания в аридной зоне с характерными геолого-гидрогеологическими условиями (Тедженская гидрогеологическая структура) в песчаных и супесчаных породах, используя наиболее широко применяемые методы: тензиометри-чвский, капилляриметрическай, центрифугирования и метод конечных разностей. -

3. Установить наиболее приемлемый метод определения параметров аяагоперекоса и инфгльтрацйокного питания грунтовых вод применительно к исследуемой территории.

4. Исследовать закономерности движения влаги в ненасыщенных песчаных и супесчаных породах аридной зоны различными методами, выявить общие тенденции изменения всасывающего давленая и влажности.

5. По полученным результатам (коэффициента влагопереноса и 2н$идь?рационяого питания) выявить воэмояностн регулирования и ра-

ционального использования оросительной воды, установить оптимальные условия режима -влаги зоны аэрации Тедженского оазиса.

Методика исследований. Методическая структура работы включает экспериментальные полевые и лабораторные исследования, которые проводились: методом центрифугирования - в период 1985 - 1988 гг, тензио-метряческий метод - в период 1988 - 1989 гг, калилляриметрический метод - в период 1990 г. Анализ экспериментальных данных выполнялся методом корреляционного и регрессионного анализа с использованием ЭВМ.

Натчная новизна работы. I. Проанализированы и обобщены геолого-гидрогеологичесзше условия Тедженского оазиса на основе чего, впервые построена карга водно-солевого режима Тедженского оазиса и выделены опытные ключевые участки, по которым проводились исследования процессов влагопереноса'.

2. Впервые на территории ТССР проведены экспериментальные исследования тензиоыетрическим методом для определения параметров влагопереноса.

3. Экспериментально исследованы параметры влагопереноса тремя независимыми методами на одних и тех же песчаных и супесчаных породах Тедженского оазиса и установлен наиболее приемлемый метод дня исследуемой территории.

4. Впервые для Тедженского оазиса определены инфильтрационное питание методом конечных разностей и условия его применения при наличии многочисленной канально-дренажной сети.

5. Предложена методика организации и проведения исследований, влагопереноса методом центрифугирования.

6. Определены возможности регулирования и рационального использования поверхностных вод в Тедженском оазисе.

Драктическад пеннрсть. Получены количественные характеристики передвижения влаги в ненасыщенных породах зовы аэрации в аридной зоне различными методами, которые могут быть использованы при прогнозировании гидрогеологических условий под влиянием различных факторов: мелиорации, работы дренажа, водозабора и т.д.

Установлены оптимальные условия режима влажности почвогрунтов исследуемой территории, которые могут быть использованы при установлении рациональных оросительных и промывных норм.

Дана рекомендация определения процесса осушения и насыщения водоносной толщи в природных условиях, который может быть использовав при проведении реюшно-балаясовых исследований производственными гидрогеологическими партиями.

Дана рекомендация рационального использования оросительной во-

дн, что монет быть использовало службой эксплуатации оросительных систем Тедиенского оазиса.

Результаты полученные тензиометрическшл методом приняты для использования Южно-Каракумской гидрогеологической экспедицией (ТССР).

Основные задаваемые положения:

Г. Наиболее приемлемым методом определения параметров влагопе-реноса и инфильтрационяого питания грунтовых вод для Тедженского оазиса является метод центрифугирования, который даёт возможность организовать массовые определения и получить параметры злагопереноса и значения инфильтрационяого питания для значительных по площади районов.

2. Оптимальным диапазоном влаги в породах зоны аэрации Тедженс-кого оазиса является интервал влажности 9 - 19 % от объема, который широко может быть использован при решении мелиоративных задач (выбор норны полива, способа полива, промывки земель и т.д.) и общих задач гидрогеологии (исследования баланса, изучение влагопереяоса, определения инфильтрационного питания и т.д.).

3. Наличие к оценку процессов осушения и насыщения водоноской толщи рекомендуется определять непосредственно над капиллярной каймой э толще 0,3м.

4. Предлагается комплекс мероприятий и метод организации и проведения исследований влагопереноса методом центрифугирования, который позволяет непосредственно исследовать влагоперенос на любо?.! участке исследуемой территории, а полученные уравнения регрессии позволяют решать прогнозные задачи, этот метод широко может быть использс_ля в аридной зоне. На основе полученных результатов определены возможности регулирования и рационального использования оросительной воды, который монет, быть использован хозяйствами исследуемого района.

Апробация ттботы. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались л обсуждались на научно-практических конференциях Туркменского научно-исследовательского института в 1986... 1987 годах, Московского геологоразведочного института в 1983...1989 годах. Республиканском семинаре Южно-Аральской гидрогеологической экспедиции Производственного Объединения Туркменгеология и в Республиканском семинаре Производственного Объединения Туркменгеология в 1990 году, результаты экспериментальных исследований тензиометри-ческим методом были использованы в процессе проведения комплексных инженерно-геологических исследований в района г.Ашхабада от Безмеи-на до Гями, для обоснования мелиоративного строительства (1989г.).

Основные положения диссертации освещены в шести опубликованных работах.

Объём работа, Диссертация изложена на 150 листах машинного текста, включает 43 рисунков, 32 таблиц и состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 141 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

Диссертация выполнена под руководством доктора геолого-мине-ралогичвских наук, профессора И.К.Гавич, которому автор выражает глубокую и искреннюю благодарность. За ценные советы и замечания автор благодарит д.г.-м;н. И.Е.Йорнова, к.г.-м.н. В.Н.Чубарова, к.г.чя.н. Н.Е.Дзекунова, к.г.-м.н. А.М.Лаврентьева.

Автор признателен зав. кафедрой гидрогеологии МГРИ В.М.Швецу и сотрудникам этой кафедры, сотрудникам ВНИИГиМ к.г.-м.н. Д.А.Ма-нукяну и Е.А.Макарычевой, главному гидрогеологу ПО Туркмеагеология к.г.-м.н. А.А.Аванесову, сотрудникам ТуркменНИГРИ к.г.-м.н. С.А.Ама-нову и к.г.-м.н. Н.Д.Мухамедову, а также к.г.-м.н. ВЛ.Дорошенко Каракумгипроводхоз за проявленное внимание' к работе.

= СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

I. Анализ существующих методов экспериментального изучения влагопереноса и постановка задач исследований.

Изучению движения глаги в зоне аэрации большое внимание в своих работах уделяют С.Ф.Аверьяяов, В.В.Бадов, М.М.Батырпин, А.И.Бу-даговский, И.К.Гавич, А.М.Глобус., Н.Е.Дзекунов, И.Е.Еернов, А.М.Лаврентьев, И.С.Пашковсккй, Н.В.Роговская, А.Б.Ситников, И.И.Судницин, Б.А.Файбишенко, В.Н.Чубаров и др. Основная часть проведенных исследований посвящена изучению количественного передвижения влаги в зоне аэрации, разработке полевых и экспериментальных методов и определению параметров влагопереноса. В диссертации приведен обзор работ многих исследователей, а также показаны пределы применимости существующих методов определения параметров влагопереноса и их недостатки. Сравнительные эксперименты по определения параметров влагопереноса различными методами проводили Б.А.Файбишенко и А.М.Лаврентьев. Исследованиями закономерностей движения влаги в ненасыщенных почвсгрунтах занимаются А,М.Глобус, В.В.Бадов, Н.Е.Дзекунов, И.С. Пашковский, А.Б.Ситников, Б.А.Файбишенко, В.Н.Чубаров и др. В основном они подразделяют зону аэрации на-три области, характеризующиеся каждая своими закономерностями движения влаги. Изучение и анализ существующих методов определения параметров влагопереноса и инфильтра-ционного питания грунтовых вод и применение их на практике показало, что каждый из методов в отдельности применялись в разных регионах с разными климатическими, гидрогеологическими и гидродинамичес-

хими условиями, что не позволило оценить преимущество какого-либо метода в конкретных условиях одного района. Всё сказанное определило основные задачи экспериментальных исследований, которые били указаны выше.

2. Природные условия Тедженского оазиса кях факторы, определяющие инфальтрациояное питание и влагоперенос.

По своим природным условиям территория Тедженского оазиса входит в обособленный, крайний северный участок субтропической климатической зоны - Туранскую климатическую провинции, характеризущую-ся сухим климатом, очень теплим летом и мягкой зимой. Исследуемая территория представляет равнину, плавяо похгкзааеукся к северу от абсолютно3 отметки 220м до 140м. Основным рельефообразующим факто- ■ ром в районе являлась водная аккумуляция, которая создала плосковыпуклую дельтовую равнину Теджсна. Основными источниками ирригационного водоснабжения дельты р.Тедяен являются: р.Тедяен, Каракумский и Хаузханский каналы. Отвод поверхностных вод осуществляется основными тремя коллекторами Тедкенский Юго-Западный, Тедженс-кий Центральный и Кара-Коль. На больней части исследуемой территории развиты автоюрфные почвы, сравнительно яебольпую площадь занимают гидоомор^кые почвы. В целом физико-географические условия Тедженского оазиса благоприятствуют круглогодичной эвапотранс-пирацки Елаги с поверхности земли и при неглубоком залегании уровня грунтовых зод засолении почвогрунтов.

Учитывая, что мы изучаем различные процессы, протекшие в зоне аэрации и в водонасьяценной зоне до первого от поверхности регионального 2одоупора, а неогеновые отлокения на исследуемой территории вскрыты яа глубине 200-250м и более, считаются практически водоупорными, геологическое описание Тедженского оазиса начато с четвертичных отложений. Четвертичные отложения в пределах дельты р.Тедяен и на прилегающей территории, залегают на размытой поверхности неогена и представлены крупно- и мелкозернистыми песками, супесями, суглинкамс и глинами. Выделяются четыре свиты: I) серахс-кую - нижнечетвертичяуп, 2) ияклабскую - верхнечетвертичную, 3) тед-геяску» - раннесовременную и 4} бабадайханскуэ - современную.

Субаэральная дельта Тедаена представляет собой комплексное образование, состоящее из четырех элементарных дельт, отличающихся друг от друга площадью распространения, возрастом, литологическим составом и мощностью слагаэдкх осадков, причем каадая из по еле дувших дельт отлагалась на размытой поверхности.более древней, это: I. Серахская, 2. Инклабская, 3. Тедхенская и 4. Байадайханская.

Оцанка региональных гидрогеологических условий сводится к

характеристике современного гидрогеологического процесса в грунтовых водах собственно четвертичных отлояеяий.а пределах которых сформирован региональный поток грунтовых вол, так называемого Каракумского потока. Подчиненные ему потоки младшего порядка локализованы в индивидуальных морфогенетических структурах, обрамляющих нижние Каракумы. Одной из таких структур является дельта рЛ'едкен, вызщаэдая сатстоятельный Тедаенский поток грунтовых вод. Водовмвщакзщая толда представлена песчаными и глинистыми разностями. В зоне активного воздействия мелиорации подземная гидросфера представлена толщей зоны аэрации и верхней частья грунтового потока (моганостыэ 15-20м). Водонасыяеиная толща представлена преимущественно тонкозернистыми песками, супесями и подчиненными прослоями глин и суглинков. Б зоне аэрации на большей пасти суб-азральной дельты преимущественно песчаный разрез сохраняется. Рассматривая в целом зону аэрации, следует признать достаточно высокую проницаемость её за счет преимущественного развития песчаных разностей. Региональная динамика засоления в Тедка иском оазисе довольно однозначна, в ней есть свой определенный уровень предельного естественного засоления земель в пустыне, а также свои определенные уровни рассоления и засоления земель от орошения. Водно-физические и физико-механические свойства почво-грувтов в разное время исследовались Б.О.Овезовыы, Е.У.Сарбаевым, В.П.Дороиэнко и др. Наиболее часто встречашлеся литологические разности кг.® выделяются: несвязанные и полусвязанные пески очень мелкозернистые и тонкозернистые, супеси легкие и тякелые. Ими ко проведенная статистическая обработка результатов определения Кф показала, .что значения их при всех состояниях (плотном, рыхлом и естественном) подчиняются нормальному закону распределения к поэтому средние арифыетичес-• кие значения дают полное представление о характере распределения данного показателя. Из особенностей механического состава следует отметить хорошую отсортированность отложений. Анализируя данные многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод, автором была построена карта- водно-солевого рекима грунтовых вод по среднегодовым значениям уровня и минерализации грунтовых вод в тенденциях их изменения. Ранее изменения уровня к минерализации грунтовых вод в тенденциях его развития рассматривала Н.В.Роговская. Построенная карта показала, что почти вся территория Тедаеиекого оазиса охвачена техногенным воздействием. Лишь в северной части исследуемой территории выделяется зона не затронутая (относительно) техногенным воздействием. В режиме грунтовых вод своеобразную роль играет кол-лекторко-дрезакная сеть, ко в целом водоотеодяшя сеть сама по себе

не решает основной мелиоративной задачи. Объективная оценка изменения состояния техногенной структуры монет быть обеспечена только тогда, когда прямыми измерениями устанавливаются количественные характеристики и зависимости причинно-следственно?, связи. Иньили словами долины быть описаны динааака расхода влаги на верхней и яитпеЯ границах зоны аэрации.

3. Методика проведения работ. Закономерности изменения параметров Елагопереноса.

Б данной главе били рассмотрены наиболее широко применяв же в настоящее врем методы исследования процессов и определения параметров влагопереяооа, которке бая. гракяены автором для котачествоп-цого описания движения влаг:! в некасызойпых грунтах исследуемой территории, это метод центрифугирования, тензиометраческий и капиллярна етрич е ский.

Методом центрифугирования исследования проводились по 21 ключевым участкам. Исследовались песчаные и супесчаные породы зоны аэрации. Опыты проводились по отобранным образцам с ненарушенной структурой и естественной влажность» в регимах осушения и увлажнения по ступеням разряжения 350, 500 , 750, 1000, 1500 , 2000 об/мял. Такие были проеедеяы многочислаякые опыты одной ступенью разряяе-ния, равной в основной 1000 об/мин (-41 кПа). По многочисленным значениям влажности (9) и коэффициента влагопереноса (Kg) при ступенчатом разряжении были построены кривые в режимах осушения и увлажнения, по которым выделены границы разрыва капилляров и появления свободной воды. 3 процессе осушения она изменяется от 1С% до 19%, в процессе увлажнения примерно от 1% до 16% от объема. По всем полученным фактическим матэриалам построены графики изменения уровня грунтовых вед (УГВ), степени и характера засоленности пород зоны аэрации и величины питания. Полученные значения Kg я 9 при одной ступени разряжения были обработаны методом наименьших квадратов и получены уравнения регрессии,, в процессе осушения у=0,784»е0,2^*х', в процессе увлажнения где у - питаниэ, х - влаж-

ность.

Тензиометрическим методом исследования проводились в пасчано-сут.есч5.ниу породах зоны аэрации г. Ашхабада, которые по гранеосгазу и водно-йлзическим свойствам идентичны породам зоны аэрации Тед-ясенского оазиса. Бяля Еыбраяы два балансовых участка, первый в орошаемой зоне, второй.в зоне городской застройки. Рекимно-<5алансовне участки создавались по рекомендациям А.Б.Ситникова й E.H. Дэекуно-ва. В каждой шурфе били установлены по шесть тензиометров прямо-

угольной формы и по два конической формы. Результаты исследований изменения потенциала влаги по разрезу в целом по двум ключевым участкам показали, что изменение потенциала влаги в исследуемых породах зоны аэрации не имеют определенных закономерностей. Всасывающее давление (Р) изменяется в зависимости от полива, атмосферных осадков, колебания температуры воз,духа (суточных а сезонных). Исследования зависимости Р(0) показали, что колебания значений этих параметров в основном сочетаются, но также имеют резкие различия по отдельным зондам. Сопоставление значений Р по парным тензиометрам (конической и прямоугольной формы) показали, что Р в конических зондах на -40 -50 кПа превышают значения Р в прямоугольных зондах. Тем самым о'шго установлено, что и в аридной зоне в песчано-сулесча-ных породах подтверждаются рекомендации А.Б.Ситникова, Н.Е.Дзеку-яова и др. о преимуществе зондов конической формы и малого размера в слабо влажных грунтах. Зависимости Р(6) были обработаны методом наименьших квадратов, для каждой глубины заложения зовдов получены уравнения регрессии, которые имели некоторые отличия друг от друга в зависимости от гранулометрического состава и водно-физических свойств исследуемых пород. Характеризуя.полученные графики зависимостей Р( 6) было отменено, что общей чертой для исследованных пород является незначительные изменения потенциала влаги при высоких процентах влажности и большие изменения при низких значениях влажности, а при увеличении дисперсности пород наблюдается переход к более плавной кривой, также ¿тмечено, что существенную роль, во влагопереносе проявляется в пределах изменения Р от -15 до -60 кПа. Зависимости К^Р) и ¡^(9) также бшш обработаны методом наименьших квадратов и аппроксимированы в экспоненциальной и логарифмической форме..Исследуя эти зависимости было отмечено, что при Р равном -60 кПа происходит разрыв капилляров, что приводит к резкому снижению а при Р от -35 до -15 кПа (в зависимости от гранулометрического состава и водномфизических свойств) в породах появляется свободная вода, что в снов очередь приводит к резкому увеличения

Выделенному интервалу Р соответствует интервал 0 от 9 до 19 %. Сравнение выделенных интервалов по графикам зависимостей Р(В), К^Р) и ^(6-) показывает четкую связь между ними.

Исследование влагопереяоса кашишхриметрпческим методом проводились на калилляриметре типа Секера, где подмембракная камера заполнена газом и исследуется только процесс осушения. Всего было три монолита, каждый монолит исследовался в два слоя. Используя метод наименьшая квадратов, зависимость Р(9) были аппроксимированы в форме степенных уравнений. По волучейныш графикам зависимости Р(б) была выделена верхняя граница Р и & соответственно -20 вПа и 25 %, вше которой

наблюдается резкое изменение 0 при незначительном изменении Р. Еканий предел выявлен как -50 кПа по Р, а по &, в зависимости от гранулометрического состава и водно-физических свойств пород от'14,5 до 17 %. Забегая вперед, следует отметить, что выделенный интервал 9 намного превышает полученные интервалы б методом центрифугирования и тензкометрическим. Исследуя зависимость К^в) и К„(?), полученные результаты также были обработаны методом наименьших квадратов. По полученному графику зависимости Кд(Р) хорошо выделяется яияний предел Р для всех кривых (-50 кПа), кике которого резко уменшается передвижение влаги. Верхний предел изменяется от -15 до -25 кПа в' зависимости от гранулометрического состава и ноднр-фззгчоснгх свойств-пород. По графику загзсш/.ости 1^(9) выделен интервал 9, равной 2028 %, что превышает ранее выделенные интервалы по предыдущим, методам. _ В целом, сравнение полученных результатов капилляриметрпческим методом по всем параметрам Р, б и Кд показали, что они не согласуются между собой.

4. Количественное определение ^фильтрационного питания грунтовых вод.

Исследуя влагопаренос методом центрифугирования, К^ и капплляр-:го-ллекочны5 потенциал опроделялся по зависимостям, полученными В.Н. Чубарозым. По всем полученным результатам этим методом были построены графики изменения ©, засоленности пород зоны аэрации и инфильтрахщ-онного питания. Величина инфлльтрациояного питания за исследуемый период колебалась в больших пределах, от +600 до -400 мм/год. Результаты Кд, рассчитанные полученными уравнениями регрессии, практически не отличаются от результатов Кд, рассчитанных по фохмуле В.К.Чубарова. Расчеты Кд при исследовании процессов влагопереяоса тензиометрическим методом проводились по графикам, построенным по данным 6 и Р, полученным в процессе опытов. Так как исследования тензиометрическим методом проводились на территории г.Ашхабада, полученные результаты были сравноли с результатами, полученными методом центрифугирования проведенные ранее на территории г.Ашхабада, ".ах, методом центрифугирования были получены следующие результаты: при 0=10,5 % величина гас хода равна С ид/год, 13,5 % отвечает величина питания 73 мм/год, 18,2 % - величина питания 194 мм/год, а тензиометрическим методом при 9 равной 10 %, величина расхода равна € мм/год, 12 % - величина питания 60 мм/год, 13 % - величина питания 137 ш/год. Из этих данных видно, что они ямеют близкие значения. При исследовании влагопереноса капилляриме-грическим методом, значение 9 рассчитывались на каждой ступени разряжения. рассчитывался по формуле Гарднера. Методом конвч1шх разностей, на осноье результатов стационарных наблюдений за режимом грунтовых вод в пределах Теджеяс-

кого оазиса, инфяльтрационное питание рассчитывалось по створу скважин и в плане по уравнениям неустановившегося движения в конечных рззност.чх Г.Н.Каменского. Учитывая, что наблюдательные скважины расположены не по сетке квадратов, а в виде произвольной группы, по методике А.В .Лебедева выделялись расчетные элементы потока. Имея карту пород Тедкенского оазиса, величина недостатка насыщения или водоотдачи была рассчитана по формуле 1. Дамл и Р. Влнгер (США): ju=q, 1254+1152 ^ кф.

Благодаря проведению опытных исследований в одном районе и на породах одной разности, мы можем наиболее точно оценить результаты инфильгрециояного питания, полученные различными .методами. В начале проведено сравнение гидрофизических методов, а потом они сопоставлены с результата!.!?, гидродинамического метода. Сравнение результатов центрифугирования и капилляриметрического методов показало, что значения, полученные капилляриметричебким методом в среднем в 9 раз нижа значений инфильтрацконного питания, полученных методом центрифугирования (табл. I). Если сравнить значения величины питания всех трех методов в процессе осушения (табл. I), то значения, полученные капклляриметрическим методом, явно занижены, но при больших влак-ностях, близких к полной влагоемкости, она примерно одинаковы с результатами теязиомзтрического метода. Сравнение результатов, полученных. методами центрифугирования и тензиометрическим показали, что они б среднем одинаковы в интервале 0. от 9 до 18 %. Примерно такой не диапазон 0 бнл выделен ранее при исследовании зависи-мостей параметров влагопереноса; Отмечая приемлемость мат-ода центрифугирования перед тензиометрическим следует отметить, что при проведении натурных тензиометрических исследований проявляются следующие недостатки. Колебание уроеня грунтовых вод Еа орошаемом участке достигает 2 м и белее, поэтому тензиометра,' установленные блике к ЗТВ, будут периодически затапливаться. С другой стороны, поверхность земли г летнее время нагревается да 70°J и зоДд, ■ установленный блике к поверхности земли, такие не будет работать, что наблюдалось при наших исследованиях. Невозможно проводить исследования влагопереноса по всей исследуемой территории, т.к. оборудование пурфов очень дорогостоящее. В своих роботах В.В.Бадов, изучая литературные данные, указывает на недостатки метода центрифугирования, без устранения которых он считает этот метод не может быть рзкомендован: I) действие центробежных сил распространяется не только на жидкость, заключенную в пористой среде, но и на твердый скелет, что приеодит к деформации образца и, как следствие, к изменению его водно-физических свойств; 2) при плохой дренированности образца и его большой б возникает плотностная диффевавцвадч компонентов j что вызывает переувлазнение части образ-

Таблица I.

Объёмная ! Величина питания расхода, мм/год

влажность!Метод центрифугкро-!Капяллярзшетричес- 'Тензиометрлческяй % !ваяия !тгай метод ¡метод

! увлажнение! осуиение! увлажнение! осушение! увладазние! осушение ! мм/год ! мм/год ! мм/год ! мм/год ! мм/год. ! мм/год

ГУ 19 9 - о 14 8

24 12 - 25 30 17

II 30 15 - 3 44 26

12 39 20 - 4 57 33

13 49 27 - 5 59 40

14 62 35 - 7 80 46

15 80 46 - 90 52

16 101 60 . - II 99 57

17 129 78 - 14 тез ро

ТС 164 103 - 19 116 V/

тг, 208 134 24 124 77

265 176 - 31 132 75

зт 333 - 40 139 79

О А 630 573 - 66 159 91

•;п 1433 1164 - 184 176 176

30 2954 гйт.. - ог-.г ООО 191 191

33 6086 5880 _ 847 205 205

Таблица 2.

г сквачиш

54 49 31 108 71

'Величина инфильтрационного питания за год, ми/год

! 1детод центри- ! ! фугирования !

-202 -199 -179 39 19

Метод конечных ра;-госте;!

В плане ! по створу сквагмн

-122 -112 -121 50 -13

-124 -125

■ ' - 12 - \\

да, находящейся блине к оси вращения; 3) еыт екание воды из образца происходит б среду, имеацул нулевую насыщенность вытекаащай фазы, что обусловливает проявление концевого эффекта на периферии образца, у.е. установление некоторого,'не уменьшающегося прн постоянной скорости врезания, значения насыщенности, которое заведомо не известно» Выполненный нами исследования позволяют отметить, по первому пункту, что при проведефш опытных работ на супесчаных породах при центробежной силе, .разной 0,4-0,6 атм., достигается наименьшая вяагоеыкость, а максимальное разряжение, в основном, 0,92 атм. (1500 об/шн). Эта нагрузка на породу яз превышает естественной геостатической нагрузки п если дажэ происходит незначительная деформация образца, то это не приводит к изыеяеяа» его водно-физических свойств. По второму пункту казна отметить, что песчано-супесчаные породы хорошо дренируемы. По третьему пункту мозяо утверждать, что примененная автором методика проведения работ показывает, что исследуется та часть испытуемого образца, которая заключена мевду двумя штыревыми датчиками и вся информация снимается именно со средней части испытуемого образца. Таким образом, если дгге проявляется концевой эффект, то только на периферическом конце образца, что в данном случае не имеет значения. Далее, т.к. метод центрифугирования был выделен нами как наиболее приемлемый дая исследуемой территории, проведено сравнение полученных результатов зга: методом с результатами метода конечных разностей. Сравнение показало, что процессы увлажнения и осушения совпадают (табл. 2). 3 процессе осушения результаты, полученные.методом центрифугирования,' в среднем на 40 % выше,- а в процессе питания -на 22 %. Такем образом, метод центрифугирования автором выделяется как наиболее приемлемый для исследуемой территории, он позволяет проводить исследования влагопереноса практически на любом участке территории и по всему разрезу зоны аэрацрш. '.'.'

Исследуя процессы расхода и питания грунтовых вод через породы зоны аэрации, автор пришел к выводу о целесообразности определения и оценки процессов расхода и питания грунтовых вод в природных условиях непосредственно над капиллярной каймой. Исследуя процессы осушения и насыщения водоносно! толщи в Тедкенском оазисе ранее М.М.Ба-тырииным, била выделена так называемая "градазнтная поверхность" (ГП) над УГВ, равная 0,4 м. Под.ГП У И.Батырпик подразумевает неизменяющуюся высоту над УГВ в независимости от колебания УГВ. Во-первых, многочисленными опытами В.П.Дорошенко были определены высота капиллярного поднятия пород зоны, аэрации Тедкеяского оазиса, для песков она равна 0,66 и, а для супесей - 1,08 м. Возможно М.М.Ба-тыиаин исходил из того, что в чистых песчаных породах высота капиллярного поднятия на превышает 0,36 и. Таким образом, при ГЦ равной

0,4 м мы все время находимся в капиллярной ка/ше, во-вторых, определяя разность последнего и предыдущего значений 0 пород по одной скважина, не учитывая гистерезиснке явления, по знаку полученного результата, определял процесс осужекия или увлажнения, поэтогяу в большинстве случаев он получал, что при повышении ЛГВ идет процесс осушения, а при старении УГВ идет процесс увлажнения водоносной толпи, что совершенно не приемлемо для исследуемой гидрогеологической структуры, следовательно, позиции М.М.Батнршина не верны. В своих работах М.М.Абрамова, А.М.Глобус, А.А.Роде и др. отмечаот, что влага к поверхности испарения передвигается в жидкой фазе до 6 пород, равной 9 ■ разрыва капилляров. Это доказывается и передвижением соли по разрезу, причем отмечается, что засоленность резко возрастает в зоне разрыва капилляров. Учитывая вышесказанное, автором были проанализированы все построенные графики изменения 9 и засоленности пород зоны аэрации и УГВ, и была установлена четкая взаимосвязь между изменениями 0 и засоленности пород. Таким образом, автор рекомендует определять к оценивать процессы.осушения и насыщения водоносной толща в природных условиях непосредственно над капиллярной каймой в толще пород равной 0,3 м. При этом определять б пород в выделенной толще с интервалом ОД и. Ранее нами выделялся диапазон 9 для исследуемых пород от 9 до 19 % от объема, поэтому, если 9 пород в выделенной толцо превышает верхний предел 0 слагаемых пород, т.е. когда гравитационный потенциал превышает капиллярно-сорбцнонный потенциал, то вне зависимости от направления градиента 0 идет процесс питания. Если не б слагающих пород не превышает этого предела, то е зависимости от градиента в определяется процесс'питания или расхода грунтовых вод. Также необходимо, чтобы описываемые процессы сочетались с изменениями УГВ и следует исследовать 9 и засоленность пород по всему разрезу зоны аэрации.

Резюмируя весь вышеизложенный материал, автор предлагает метод организации и проведения исследований влагопереясса центрифугированием; обобщается весь фондовый и опубликованный материал по исследуемому району, строятся карты зоны аэращи, грунтовых вод, водно-солевого режима и разрезы водонасыщенной зоны и зокн аэрации. В зависимости от модности, строения, засоленности пород зонк аэрации, от рельефа местности, от расстояния канала и коллектора, от орошаемой и неорошаемой зоны и т.д. выделяются ключевые участки и проводятся исследования процессов влагопереноса методом центрифугирования. Отбирается образцы на каздо.и ключевом участке с интервалами 0; 0,15; 0,30; 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 3,00 м ... на влажность, водную вытяжку, грансостав и образцы мя центрифугирования. По рекомендуемом?' способу определяется и оценивается процесс осуаения и насыщения. Все

получеяные данные обрабатываются на ЭВМ, строятся кривые зависимостей Р(б), К^Р), Кд(в). Далее выделяется оптимальный диапазон 9 для пород исследуемой территории, что позволяет решать различные мелиоративные и гидрогеологические задачи, а.по полученным уравнениям регрессии решать прогнозные задачи.

5. Возможности регулирования и управления техногенной ч системой.

Для регулирования техногенной системой необходимо изучать весь комплекс вопросов, входящих в эту проблему: а) динамику влаги и солей через зону аэрации и количественно оценивать их; 6} поступление поверхностных и отвод дренажных вод и их минерализацию; в) состав и строение пород зоны аэрации, их водно-физические свойства и степень засоленности; г) потребность влаги выращиваемых культур на разных стадиях развития и сосущую силу корней растений; д) эвало-транспирацию; е) метеорологические и другие условия. С изложенных позиций была проанализирована сложившаяся ситуация на исследуемой территории. Таким образом, автор рекомендует для регулирования и рационального использования поверхностных вод удерживать влажность пород корнеобитаемого слоя соответствующей среднему значении 9 выделенного диапазона (9 - 19 %), при котором происходит минимальное инфильтрационное питание, а Р в данном диапазоне 9 составляет от -15 до -60 кПа, что по К.К.Судницину соответствует легкодоступной влаге для растений. Но при существующем в Тедженском оазисе способе орошения (по бороздам), удержание определенной влажности почвогрун-тов практически невозможно, поэтому используя результаты работ И.Я. Долотказина (1956) по сравнению орошения хлопчатника способами дож-дэвания и по бороздам в МургаОском оазисе, а также метод аналогии, в Тедженскои оазисе рекомендуется применять систему орошения дождеванием, которое вдвое экономит оросительную воду, дает значительную экономию трудовых затрат и т.д., а такие при орошении доддеванием происходит промывка пород, что позволяет в вегетационный период снижать содержание солей в корнеобитаеыом слое.

. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕЦЦАЩИ

I. Впервые авторам были проведены исследования влагопереноса тремя гидуофизическими методами в аридной зоне с характерными природными условиями и оценены преимущества и недостатки каждого метода; на пеочано-супесчавых породах ТССР экспериментально определены параметры влагопереноса и инфильтрационное питание грунтовых вод тензио-метрическим и калилляриыетрическиы методами.

2. На основании большого числа выполненных автором экспериментов построены кривые зависимостей параметров влагоперепоза Р(б), КдС©) и К^Р) всеми тремя методами, полученные данные обработаны статистически и составлены уравнения регрессии, пригодные для использования в практических расчетах и прогнозах. Установлено, что параметры влагопереноса зависят от водно-физических сеойств и гранулометрического состава пород.

3. Сопоставление и анализ полученных результатов метода»® центрифугирования, тензиометрическим, капилляриметрическим и конечных разностей показали, что для количественного описания процэссов влагопереноса в породах зоны аэрации на исследуемой территории наиболее приемлемым является метод центрифугирования, который дает возмокно-сть организовать массовые определения и получить параметры влагопереноса и значения инфильтрационного питания для значительных по площади районов. Применение тензиометрического метода на орошаемом участке Тедженского оазиса ограничено в связи с неглубоким залеганием УГВ, где УГВ больше 5 м этот метод можно широко использовать. В связи с густотой ирригационной сети и неправильным расположением ре зимних скважин на орошаемом участке Тедженского оазиса гидродинамический метод в настоящее время, можно применять лишь на неорошаемой части оазиса, поэтому рекомендуется провести реорганизацию режимной сети на орошаемой территории, чтобы была возможность использования метода конечных разностей, что позволит оценить многолетние тенденции

в изменении инфильтрационного питания в целом по оазису. Результаты, полученные капилляриметрическим методом на несколько порядков ниже по сравнению с результатами, чолученными методом центрифугирования и поэтому может быть рекомендован только для относительной оценки.

4. Выделен эффективный диапазон Р от -60 до -15 кИа и 9 от 9 до 19 % от объема. При значениях Р и 0 ниже выделенных диапазонов, величина ^ приближается к нулю, а выше - резко возрастает, поэтому 9 пород, равная примерно середине выделенного диапазона, автором выделяется как оптимальный вариант влагозаласа пород зоны аэрации исследуемой территории, которая соответствует легкодоступной влаге мя растений, и при котором происходит минимальное инфильтрационяое питание.

5. Рекомендуется определять процессы насыщения и осушения водоносной толщи в природных условиях Тедженского оазиса непосредственно над капиллярной каймой, в толще пород равной 0,3 а, т.к. именно в этой зоне количественно определяя поток влаги можно определить величину питания или расхода грунтовых вод.

6. Автором предлагается доработанный и апробированный метод организации и проведения исследований процессов влагопереноса методом центрифугирования, который может быть широко использован в аридной зоне.

7. Полученные количественные значения влагопотока в породах зоны аэрации Тедяенского оазиса, которые могут быть использованы ¡да решении мелиоративных задач (выбора нормы полиЕа и промывки земель и т.д.) и общих задач гидрогеологии (исследование баланса, изучение влагопереноса и т.д.).

8. Для управления и рационального использования-поверхностных вод рекомендуется на территории Тедяенского оазиса перейти к ороие-нню дождевальной системой, что позволит вдвое сэкономить оросительную воду, значительно сэкономить трудовые затраты, сократить многочисленные водопроводные сети, повысить КЗИ, получить высокий урожай выращиваемых культур и сохранить плодородие почв.

Список опубликозанных работ по теме диссертации.

1. Хохркамухамедов Б.Г,, Бардин Б .К. Закономерности развития водно-солевого режима Тедяенсхой гидрогеологической структуры. В кн.: Пути интенсификации геологических исследований в Туркменистане. Тез.дом. науч.-практ.конф. НТО - горное. Ашх., Ылым, 1967.

2. Батырлин U.M., Кузкчяев К.А., Ходяамухамедов Б.Г. Изучение генетических типов водообмена - основа управления мелиоративной системы Тедженского оазиса. В кн.: Пути интенсификации геологических исследований в Туркменистане. Ашх., Ылнм, 1986.'

3. Ходжамухамедов Б.Г. Зависимость коэффициента влагопереноса от всасывающего давления и влакности в.супесчаных породах г.Ашхабада. Рес-пуб. семинар "Гидрогеологические особенности и методигя разведи! место роздений подземных вод, приуроченных к приканальным линзам", ЮАГГЭ , ПО Туркменгеология, Тааауз, 1990. '

4. Ходнамухамедов Б.Г. Определение параметров влагопереноса капилляри-метрическим методом. Респуб. семинар "Гидрогеологические особенности

и методика разведки местороздений подземных вод, приуроченных к приканальным линзам", ЮАГГЗ ПО Туркменгеология, Ташауз, ISSO.

5. Ходзамухамбдов Б.Г. Исследование процессов влагопереноса в песчано-супесчаных породах аридной зоны текзиометряческим методом. На примере балансового участка г.Ашхабада. ЫГШ - М., 1990. Деп. в ЕИНИШ.

6. Ходнамухамедов Б.Г. Сопоставление и анализ результатов эксперимен-

' тальных исследований процессов влагопереноса. Науч.-практ. конференция ПО Туркменгеология. Ашх., 1920.