Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛАГОПЕРЕНОСА В ПОЧВАХ В УСЛОВИЯХ БЛИЗКИХ К НАСЫЩЕНИЮ ВЛАГОЙ ПРИ МАЛЫХ ПЕРЕПАДАХ ДАВЛЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛАГОПЕРЕНОСА В ПОЧВАХ В УСЛОВИЯХ БЛИЗКИХ К НАСЫЩЕНИЮ ВЛАГОЙ ПРИ МАЛЫХ ПЕРЕПАДАХ ДАВЛЕНИЯ"

й-28>€ М

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛВНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РВВОЛШИИ И ОГДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИПЕРСИТКТ ШМ. К.В.ЛОМОНОСОВА

фа;<удьтёт псявоввдения

На правах рукоиас»

у макарвнко сергей леонидович

удк 631,4:532.7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛАГ01ШРЕНОСА В ПОЧВАХ В УСЛОВИЯ! Ш1ЭШ. К НАСЫЩЕНИЮ ВЛАГОЙ ПРИ МАШХ ПЕРЕПАДАХ ДАВЛЕНИЯ

/ 06,01,03. - почвоведение /

а вт о р е фе ра т

двооертацая ва соискание ученой отвивн» • кандидата биологических наук

Москва-1985

- /Л ; /Л"* и- ... ■

^ "" ''. , Диссертационная работа выполнена на кафедре физики

и мелиорация почв факультета почвоведения Московокого -

1 1 ' I •. I , • _ ^ _

государствемного университета имени М.В. Ломоносов^.

' I •

Научный руководитель:

Доктор биологических наук И.И.Судницын

Официальные оппоненты: д.б.я. Дмитриев Е.А.

к.<5.и. Сапожников П.М. Ведущее учреждение - Мосгипроводхоз.

' 4 ' 1 У ■ <

Защита состоится ^ 198? года

в 15ч,30мюг. в ауд.М-2 на заседании специализированного совета K053.05.I6; КГ7 им.Ы.В.Ломоносова, ф-т Почвоведения;. Адрес: 1X9899, Москва, ГСП, Ленинские Горн, МГУ, ' Факультет почвоведения, Ученый совет,

С диссертацией йога» ознакомиться в библиотеке

факультета почвоведения ШТ.

Автореферат разослал

19в^гоаи

Учения секретарь

специали;нр<у*авного ^м.е -а И.П»Бабьева

I.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальна оть тени обусловлена ток* что отклонения от дивеЯ-ного закона в облаоти перехода от ненасыщенного потока к ультра цни оохохвяот раочот работы древаха и педалирование процессов вхагообыева, что дехааг веобходяиым выяснение природы и нехавиз-на этих отадонений, условия, близкие в ваоащввяп, часто встреча-моя в оадьохохозвПохвенвой практике .ярк ооувнтедьяых мвжаирацв-ях, при неглубоком заложении дрвваха, больших иехдревных расотоя нивх и слабых уклонах; при поливах дождеванием о явханоианоогьо полива, не превыпапвдИ сворооть впитывание о целью предотвраце-вин поверхностного ирригационного оныва иди ирригационнойаровик

Даль работы 'состоит в ток, чтобы изучит» эажовоыарвости вла «переноса в почвах в условиях на сы ценна /фильтрация/ > при пере ход« от насыщенного х веяаоыцавному потопу при нахых перепадах давлении.

0ововные задачи иоо^адованвц

X» Научить закономерности фильтрации на почвах различного гравулоиатричоокого оостава /естественных и подели*/ ори малых перепадах давлении /0-0,05*10^ Па/, при которых бдпдавтоя от-хдоявндя от линейного закона, особенно на тяжелых почвах.

2. Изучить.оообеннооти кривой водоудерииваамоотн исследуемых почв* вклочая гиотерезионыо яг левая, вря визвих абоолвхных значевинх давдення почвенной влаг« /0-0,15*10^ Па/.

- 3. Установить возможность математичеокого опноання васыцав-иого ■ ненасыщенного влагопаравооа в единой системе на основа оценки энергетических овоЯотв воды в норовон пространстве почвы.

Новизна работа состоит в son, что впервые оыжо проведено аиоверимантально« исследование влагопврввоеа в облаоти перехода

.V-iSj-'b ВчЛ. . \ к; ■. ■■ огем jimsüi

от ультра цик к ненаснченноиу,потоку.5 зависимости от авергета-чеохих свойств почвенной вааги в поров ой пространстве,

- ■ - г» ■

практическая данность работы состоит в тон, что результат исследования охватывают широкий круг практических недноратнвных задач, в результате чего полученные "эависинооти ногут бить использованы как при практических расчетах осушительных к ороси- -' * * • Г • * , . , .

тельных ыелиораций, связанных о передвикенизипочвеиной влаги, так в ори модедировавии природных процессов вдагоперенооа,

рубли наци д. по материалам диссертации опублинованытри работы, одна работа сдала в печать,

Объдм работы. Диссертация изложена на страницах мапшно-лнового текста, вклпчает 9 таблиц и 36 риоунков. Состоит из введения, сени глав, основных выводови приложения. Приложение вклпчает три таблицы. Список литературы содержит 204 названия, на них 95 на иностранных языках.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА1

движение воды в почвах при полной и частичном их насыщевии определяется, как и всякое движение хадкооти в дисперсной среде« тремя факторами: интенсивность» денотауэдвх сил, геометрией норового нроотранотва.и реологическими овойотвами почвенной влаги /Боядара нко,1975/. Для описания фильтрации используется широко хзвеотный.. закон даром, установленный,в 1856,г..Дарси в результа-Г те опытов на песках /Бочевер.и др.,1969/. Верхний предел но скорости течения, применимости,закона дарси,определяется переходом ламинарного режима течевияв турбулентный, экспериментально было обнаружено,. по-видимому, впервые Кингом в 1898 г., что ааков Дарон.нарушается и при малых скоростях фильтрации. В дальнейшей . ■непропорциональное изменение^скорости фильтрации о уменьшением

градиента давления отмечалось многими исследователями /Гедройц, 1933; Пузырввокий,1934; Лукдая, 19Э5; Дврягяв, Крылов, 19«; Рель-тов,1946; Роза,1958; Нергош, Бондзренно,1953¡Бондаревио,1975/. Одной из возможных причин существования нелинейных фильтрационных эффектов является нестабильность фильтрационного потока во времени, связанная о изменением геометрии порового пространства /Боядаренко, Сапрыкин,1969/ или о измененаей характера поверхности твердой фазы з результата взаимодействия с.коктактнрувдиы поровыи растворен /Чураов,1983/. ряд авторов обьяоняет природу нелинейных фильтрациойвых эффектов отличием реологических характеристик воды в поровон пространство почвы от их значений в свободном состоянии. Ори этом предполагается« что движение »ядкоо-той /вода, норовые растворы, коллоидные растворы/ о можекулярвы-ми водородными овязями /н - связями/ через пористые тела следует описывать уравнениями течение внзкоплаотичосгвх тол. Решающий вклад в развитие гтих представлений был внесен П.А.Ребивдорои, Б.В.Дорятиныи, В.Ф.Бондаренко, С.В.Нерпаньш, А.И.Котовнм, Ы.п.Во-харовичем, Н.В.Чураевым, Б.П.Горбуновым и др. Из зарубежных уче- . вых следует отметить Ковача, кутилака, Свартцендрубера и сковик-ового.

В работа Нерпива /Нернин, 1954/ впервые указывается, что кахк-чио оольвахвнх слоев влага на поверхности почвенных частиц ииеет следствие« тот факт, что фильтрация воды в почвах тяжзхсгс квха-вичесхого состава о плохо выраженной микроструктурой начинается лишь при некоторой критической величине напора - начальном града* , ентв {ихьтрафп. Дальнейшие исследования /Бондаревко,1975; Нер-шн и Чудяовокий,19671 ПавияовскиИ и др., 1372{ Бринджнг, 1984/ показали, что начальный градиент фильтрация предотавхяе* еобо& условную величину /рио.1/, пояучвннуо при.экстраполяция графика за-

7но,X* Общий гид завионмоогя око-

рООТВ фИЯЬТрбСШВ Гря ци вн-

та давления /0/ /по литературным данным/.

- условный начальный градиент; I - овлаоть фях&храционвкх авопаляй;

V" облаоть огсутотвяя отклонения от лнвейвого завова <{яльтра-. цвв.

висииоотв скорости фильтрации от градиента давлаявя, определен-вой в области огоутотвяя отклонений ог завова Дарои /область ТТ / ва облает» проявления етях отвловевий /область Г/, цриатом сак начальный градиент-представляет собой точку переоеченян асимптоты, к которой страшной экспериментальная зависимость скорости фильтрации отградяента давления, о ось» абоцвсо* Ре-а льва в ваввояносхь скороотв {илмрацвв от- градиавта( гак это внд-во ва ркоунке, при »начешите градиента давление меньших усдовво-го начального градиента отклоняется от ааоикптоты в уходе« в ва- ' чало координат, что свидетельствует оботоутствяи начального градиента давленая жав реально наблюдаемой фвавчеокой величины. Как справедливо отвечает Бондаренхо /Бондаренко, 1Э73/ 'Под начальным градиентом давленая пояамавтон на авачаввя (} » прв которих та-дение отсутствует вовоа.;* Стремление зафиксировать тавва града-евтн, при которых течение отсутствует воьое, фиэичеокн неоправда-яо".

3, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектам! исследования послужило мрооо известие в почвенной литераторе дерново-подзолистые почин АБС Чашниково, типичные черноземы харьковской обдаст»» оветло-кащтановые в «угово-кашта-новые почвы дагестанской АССР. Использовалась так« франции пео-Ra /0,10 - 0.25 их к 0,25 - 0,50 мм/, жесткие пористые мембраны я единичные капилляры. Выбор объектов исследования имея ценз» охват широкого диапазона гранулометрического состава от песков до глин.

Экспериментальная честь работы состояла из двух независимых друг от друга серив опытов;

1. Изучение {ядмрацин ори значениях градиента давления меньше условного начального градиента о учетом того, что диап»-. eos значений градиента давленая в акспернмеите модет быть задан как изменением обпей разности давления при постоянной мощности фильтрующего слоя, так и изменением мощности фильтрующего олоя при поотоннной общей разнооти давления, а также комбинацией этих приемов, что в конечном счете наиболее часто соответствует реальным условиям.

2. Получение кривых водоудерхиваеиости о учетом их гпстере-вненых явлений в интервале значений давления почвенной влаги от вуля до 0» 15*10® 11а, сравнимом по абоолмноВ величине о интервалом, в котором наблюдаются фзлвтрациоявые аномалии.

Исходя из втого, сущность припеваемой методики заключается в одедующем:

I. Многократное повторение фильтрации ва какдом объекте исследования до получения отабильной повторяющейся аавзоимости ско-рооти фильтрации V¡p от градиента давненця 5 при деввoí мощности фильтрующего слоя t *

Z• Издание на ряде объектов «сследоявкия, охватьгавсиях мсследуемыН диапазон гранулометрического оостевэ, вляязня ко№С?я ф«итр;п«9Г0 слоя ва iaq стойильяоЗ повторяэщеЯов заи-вВМООХВ %4p~f(J)% полученное пр» МИОГОКрвТЕОМ ДОВТОрвНЛЕ фИЛАТ-рост*.

3. Ыногохратяое повторение ветьоИ яеоуаелвя я, /Бхзгнения из хахдзи объект« исследования до получения стабильно!! повторявшейся петдн гистерезиса хржвой водоудержвваеноехх*

Экспериментальное определение скоростя фнвъхрацях проводилось в системе о переменным напором /Бондаренко,1Э75/. фияьтра-цяв аа}чахаоь ва васыпных образцах, прооевнвых через сххо 0 Oil си» Д1Я контроля полученных экспериментальных эавнокмоотвЯ схо~ рост* фильтрация, а также для определения о высоноИ точность!) окороотей фильтрация пря малых / г- Ю2 Па/ значениях перепадов давления ва объектах «следования легкого гранудометрячосвого сэотава вакк яопояьзовалась система о постоянными напором, ооэ-золввдав создать перепады давлеввв о точностью до I Ва о поыоцьв специальной ввели - новвуса.

Экспериментальное определенна кривой водоудерхиваемосхх яо-еледуеиых почв проводилооь кадияларвметрнчеоклм способом /роде* 1965; Судницын,1Э7Э/ а ввтервеле цавлевхй от О до 0,15*105 па ва обраацах» подготовленных таххе как я для фихьтрецяоввых опытов.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫ! ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ФИЛЬТРАЦИИ ИГИСТЕРЕЗИСЩХ ЯВЛЕНИЯ КРИВОЙ ВОДОУДЕР1И-ВАЕЮСХЙ

4.1. фильтрация прх малых перепалах давлеввв В соответствия о опясанной методикой бялв получены экспериментальные зависимости охоростя филырацжи от градиента давления1 .для 40 объектов исоледования* ' V"''

Получении» кривые /рас.2/ однотипны и в целом совпадают с £езу дыагаии, волучвнныии в многочисленны* исследованиях, ойы*В сбвор Еогорих дая в роботе Бондаренао /Бондаравно,1973/.

рис ,2. эксперимевмльние графики эа-

Ю м/с у звени ости скорости фильтрации от гра~

2/ диеита давления в интервале вначеиик

2

х ■ янхе условного печального градиента, * * х' 1,2 - легкие суглаики; 3 и 4 - орвд-

* ^ нме суглинки.

* ' ^ лопшости фильтрующего слоя: в

' " *«0 О"» 4 " см; 4,1 ям;

-/2 3 0, ЮчПа/м '

При аиадизв характера фильтрационных аномалий подучеиные данные били представлены в виде зависимостей коэффициента фильтрации от обцей раэноота давлений, Изменение ыощноотн фильтрующего слоя во влияет на вид его* зависимости /рис.В/. в услоьяш парно.3* Экспериментальная аависи-м'^екг'1 ■ • иооть коэффициента фильтрация Кф

от общей разности давления Р при

3

г

V различной мощности фильтрующего

. слоя -С /тяжелый суглинок, дарново--подзолистая почва, АБС Чашниково/. • -- <ш| л - I «7,8 см;

X7 * Я- I* 13,9 см

V к

- /о го з о р .фгПа

них экспериментальных исследований /общая разность давлений 0-0,05 Пз*Ю5, мощность фильтрующего слоя О-Ю,? м/ коэффициент

фмдьтриции нваяется функцией общей разности давлений независимо о* шщиосм (¿ильтр^вавго слои, ю есть зависит от способа создавая- градичнта давлении и неявдветса его однозначной функцией.

Однотипность экспериментальных кривых позволяем аппроксимировать их зипиричасной зависимостью;

, -- % 'рк к (РЫТ - /1/

где / - мочвооть фильтрующего: слоя, Р - общая разность давлений» * & - эмпирические параметры, иоотояввие для чайной почвы. Параметр К^ характеризует общую фильтрационную способность почвы и - численно равен иаксииалъиоиу постоянному значению коэффициента фильтрации в области отсутствия отклонений от линейного закона. Параметр $ хорактеризует степень отклонении от линейного закона и формально равен значению обвей разности давлений, .при которой коэффициент фильтрации равен половине своего мак-ониельного значении, соответствующие значения параметров Л^, в $ , рассчитанные для /О изученных объектов,даны г табл.1.

Таблица I

Значения ьшшрических параметров, Х**, к $ > полученные при аппроксимации экспериментальных данных по фильтрации

Объект: исследования

. I А'„¿огн\с/нг\$, Ю%

Объект исследования

" ё ~

3,8 0,3 1,0 з,г

5,0

5,7

0,9

0,6

5^4 •

0,3

I ! 2 ; 3 4

I 8,7*10~2 0,1 21

г. 4,5-Ю~2 0,2 22

3 9,0 *Ю~5 2,6 23

4 8, МО"® 2,2 24

5 2,5-10"^ 3,1 25

6 6,9.10 2,8 26

7 8,0*10~4 1,4 • 27

8 8,1. 10"* 1,5 28

9 3,2.Ю-4 1,1 29

10 1,6-Ю"3 2,0 30

4,5*10

1,0' 1,5' 3,1'

2/7*10 2,6*10 8,5 6,0

10 10

7,1*10 I 1,3 10

-4

-3 -5 Г* Г» Г« ,-4 ,-5 -3

I S : г : 3 : i : 5 : 6

II 4,е-ю~4 1,0 31 3,9-НОГ*

12 1,7-Ю"8 1*6 32 e,4*io"a 1,2

13 4f0*I0~5 3,0 33 2,4-IQ"4 IJ4

14 6,3-ю"6 9,8 94 ■ 1,6-10"* 4,4

15 4,5-10"! Ь* 35 IjS-IO'8 0,4

16 3,0-ю"6 6,4 se 3,8-IO*"4 0,9

17 3,0-КГ6 7»г '37 4,5-I0~4 2,0

• 18 IfS*IO~S 4,4 38 2,6.ИГ4 0,9

19 3,5-Ю-4 6,0 39 7,0*10 0,3

20 4j5*I0 2,5 40 7,0-КГ4 4,8

1,2 - пест; 5-13,19 - дерново-подэолиотые почвы АБС Чашников о /горизонты В в ВС/; 3,4« 14-19 - типичные черноземы Харьковокой обд, /тяжелые суглинки/; £0-40 - каштановые почвы дагеотавовой АССР /горизонты A.BtCí легкие в средние суглинки/,

Koppедяционный анализ показал величие связи между параметра-ыи К^ и i / % ш 0*69/, Практически это означает, что отидонения от. линейного закона при фкльтрации наблюдаются на в в доиах тяжелого гра нуд ouе триче он ог о состава« так в в грубоАисперсвых, где они выражены значительно слабее,

4.2, Кривая водоудеотазаеиости и гистерезисвые явления при целых абсолютных анвчеккях давление потаенно^ МSEI..

В соответствии с методикой получены стабильные петли гистерезиса для 19 объектов исследования /рис,4/. Из полупенных цав-выхслсдует, что каждый на объектов характеризуется стабильными воспроизводящимися ветвями нсоуаанвя х увлажнение кривой водо-удермваемости, к которым страмвтоя экспериментальные графики при многократном их повторение, Лолученвые кривые однотипны, различаясь ххшь по абсолютным значениям к формально соответствует

' * w

цо

20

4 .1

Рис.4. Стабипьвая петля гистерезиса кривое водоуцеряиваемости /дегте суглинок, дерново-подзолистая почва, АБС Чашниково/,

* - ветэь исоуиения; « - ветвь увлажнения; i - средняя линия; Ра - давление полуразмаха; р' -

р' / - давление средней линии.

W дГ ¿

>ТР п.

' 0,30 ojo теорий вевавиоимых доменов /Торр,19?1; Воронив, Швароэ,1Э /, Яри анализе экспериментальных графиков, а также аналогичен! кривых вгятыг на литературных данных /Poswpo, Кдюте,1371/, было обнаружено, что исследуемые почвы различаются по значениям давне ния средней линии стабильноа петли гистерезиса, во характеризуют оя однозначной зависимость» давления полуразмаха -И от давле-

f U-

вия средней линия г /рио.5а/, единой для воех объектов иооледо-

¡Perfilo. ■

2

1G

а

to

i)

t

1 Нин

40

в Раiozfia.

Р*в.5. Зависимость давления полуразмаха /Р/ от давленая среднее линии стабильной петлаыетерезвоа р* /лО и аависимость подвижностя вочвенвой влаги ^ в элементе йй от давления полуразмаха ^ • - среднее ив 48 величин, относящихся я сбьех-. там исследования» охватывающим диапазон гранулометрического состава от песков до глин»

' - lise кия t эхо показнвсет, что явления гистерезиса по сучоству являются отракевием звергетического состояния почвенной влаги, давление которой на кривой водоудерживеевооти может быть выражено как T^+Pq. вв*ги иссуаеяня н Р—J^ для ветви увлажнения*

5* ДВУХФАК10РНАЯ МОДЕЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ* <2ЯЗЬ ГИСГЕРВЭИШЫХ ЯВЛЕНИЙ КРИВОЙ ВОДОУДЕРЕИ- ■ ЬАЕГОСТЙ С ФИЛЬТРАЦВОEffîUlffl АНОШШ&Ш

5*1» Двухбзкторнвя модель Фильтрации ■

Модель рассматривает два фактора, определяйте влагоперввоо в лоров ом пространстве .".реальной почвы*

„rV*

1. Зависимость.подвижности воды в бесконечно малом але-иевте объема d-й норового пространства от сдвигового давления

г инициирующего движение жидкости в атом элементе*

2. Геометрические параметры фильтрующей толци и характер норового пространства, описываемые при помощи функции распределении элементарных вроводяккх объемов перового пространства ' d-Q. по величинам сдвигового давления:

Для описания направленного давления почвенной влаги в еле-менте d-Q, вря P^-J^ используется ликеЯный закон переноса о учетом инициирущего давления

где - скорость направленного движения*

Почва рассматривается как непрерывный спектр бесконечно малых объемов, описываемый функцией распределения /г/, движение воды в каждом из которых подчиняется уравнению /З/. Обвдя спорость фильтрации определяется суммированием-потоков по всем элементам ¿LCL- * что приводит к следующей зависимости

где - влажность почвы при полной насыченни.

5 »2« Гипрурза о связи гистерезидяых явлений кривой водоудеркивееиости о аддьтрационвшги аномалиями

Экспериментально установленный ..факт существования единой зависимости давления полуразмаха- от-давлении средней гавкя /рио. 5а/ дает оонование рассматривать любую точну ю» кривой водоудер-хизземостя как результат двух физически неравноценных процессов: I/ сроцеоса достижения энергетически равновесного состояния, характеризуемого давлением оредней линии Р* петли гистерезиса

i

/pio.4/i 2/ процесса преодоления'"эффектов неравновесности вокво зкцин жидкости в адемеятариых объемах ореды ¿почвы? при изменении в вей влажности" /Гусев,1983/» характеризуемых давлением по-луравмаха • В соответствии о зтим ультрацио также мокво рассматривать как преодолею» аффектов вераввовескоотк /характеризуемых вэтом случав сдвиговым* давлениями / ъ процесса направленного двккевия почвенной влаги.

Сущность выдвигаемо! гжпотезя соотонт в предположенвио то* дественносгя давления полуразмаха Та м сдвигового давления i^, век велхчин харахтеркаушдвх аффекты веравновеоностя в одноми тон же порогом пространстве

Сдедаввое предположение дает способ непосредственного расче та функции распредолеямя злементов сШ по сдвиговым дав-

лением н подвижное« почвеякоГвлаги в элементе dO. жохо-дя из получеввых зксвериыентальнмх данных.

т)*тне % -

где ТУ - влажность, пря которой опроделнвтоя давление полуразмаха ,

расчетная формула для определения подвижности яочвенно! вда-ги в элементе <¿0- кап функции сдвигового давления ^С^с) П0~ лучаетоя путем подстановки значения окоростк фильтрации, взятого ва формул» /I/ в уравнение /4/ я решения оолучивпегоон равенства относительно У. I

фант существования единой для всех почв зависимости давления полуразмаха от давления средней линии петли гистерезиса /pno.se/ означает, применительно к фильтрации, что давление полуразмахе, идентичное сдвиговому давления в алемеате с£С? , имеет смыол »нергетичвокой характеристики почвенной влаги в условиях полного насыщения и подвижность У^ должна быть связана о вим

единой для воех почв зависимостью.

»

. Таким образом выдвинутые положения позволив« установить одно а начну» фунвционадьнув связь между гпотерезисныии явлениями - кривой зодоудержвваемости я фильтрационными аномалиями в почвах* Наличие подобной связи делает возможным практический раочет гид-ревличесвой проводимости почв как в насыщенном, так и в ненаом-ценном соагоянин я математическое описание этих видов влагопере-носа в единой системе наоснове оценки анергетячаоких овойстз -почвенной влаги. Исходя ив »того критериями адекватности выдвинутых подмени* явхжотоя! *

I. Существование единых аавасимоотей и

определенных ва экспериментальных данных на почвах «трохого диапазона- гранулометрического состава.

2* Совп&двпиа величин, характеризующих наоыщенное состояние, рассчитанных ив экспериментальных данных по фильтрации о аналогичными величинам рассчитанными из экспериментальных данных по гистерезисным явлением.

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ В соответствии о критериями адекватности была проведена * экспериментальная проверка полазавшая, что для всех изученных объектов исследования существуют единые зависимости: а/ давления полуразмаха от давления средней линии петли гистерезиса ^-^(Р)[ ухе отмечавшаяоя ранее /рис.5а/; б/ подвижности почвенной влаги от давления полуразмаха ^-•¡С^а) /Ри0*5<5/. Расчет функций Т^ЦГ)* , произведенный отдельно для лесков и для

суглинков, показал их практическое совпадение, а статистический ввалив различия средних по критерии Сгыздента /Вольф,19вб/ подтвердил идентичность этих аавнсимостей о вероятностью,иревышзс-ией 0*93• .

Однотипный характер экспериментальных графиков функции распределения /рио.б/ позволяет с достаточной точнооты> попользовать

с/р I Да'- Рис. е. Экспериментальный график '

функции распределения /дерноао-подзолистаи почва, АБС Чашниково, горизонт ВС/ к его аппроксимация функцией ялотноо-ти вероятности логнормальаого { распределения о параметрами ■ 6" « 0,5, Оит 8,14 С" и о,- дисперсия и среднее логарифма , х - экспервман-тальпые данные.

для их опноания стандарта?» функции пхотноохя вероятности лог-нормального распределения /Прохоров, Розанов,19W

S/P)-. i

д(Г*}~№геРа ^L Лв* J- ■

Ъ ооотвеготвин о этим, величинами, характеризующий функции распределения будут g я CL - дисперсия и среднее логарифм , В таблице z представлена значения этих параметров.

Таблица 2

Параметры, харакгеррзувцне функцию распределения эхеиентарннх обменов сСй по давления*

Обвект исследования ÉÍ* а. Объект »следования б си

I 0,12 1,91 II 0,33 2,01

2 1,94 12 0,23 1.95

S 0,99 2,89 13 0,83 2,69

4 0,70 2,39 14 0,91 2,72

5 0,42 2,07 15 1,04 2.97

6 1,03 2.95 16 0*96 2.81

7 0,50 . 2,14 17 0,97 2,85

8 0,61 2,27 ив 1,12 8.IS

Э . 0.75 2,47 19 0,19 1,93

10 0,36 2,03 .

С и CL - дисперсия н среднее логарифма Р^ . Номенклатура объектов исследования та ie, что в таблице I.

Корреляционный анализ показах наличие достоверной связи между параметром К^ /табл.1/ и параметрами Í н й- /табл.2/. Коэффициенты корреляции равна соответственно 0,91 и 0,92» Конкретно это означает, что обжав $гяырационная способность почв, характеризуемая параметром Х^ . определяется на только подвижностью водм, но и отроением порового пространства, характеризуемым параметрами £ и О. . Более низкие значения коэффициентов корреляции для параметра $■ /табл.1/, равные соответственно

~ - 16 -

0*70 я 0,66, означают, что величина и отепевь отклонений от линейного закона фильтрации, характеризуемые параметром $ , также связаны о особенностям отроения норового пространства, во достоверность этой связи вихе, что свидетельствует о том, ято в практических экспериментах ве всегда возможен полный учет побочных факторов, накладывающихся на собственно фздьтрацнонвые аномалии и понижающих дооювернооть корреляционной связи.

Расчет гидравлической проводимости исохедуемых почв в наем-щенком состоянии, походя из экспериментальных данных по гистере-эвоным явлениям н сравнение полученных величин о аналогичными, рассчитанными непосредственно из опытов во фильтрации /табл.1/ вонааад вх практическое совпадение /рис.7/.

К^мккг1 У Ц02Ла

Ю

8

СО

ю~ч ус"6 К^мЫ

Ч 8 ё,{ОгЛъ. . Рио.7. Сравнение значений параметров -К^/а/ и /б/, раосчвтанных двумя независимыми способами: I, Из экспериментальвых данных до фильтрации /соь ординат/. Из экспериментальных данных по гнетерезаоный явлением /ось абоциоо/.

Общая вковеримевтальная проверка проводилась путем сравнения коэффициента злагопрововдоотя, как функции объемной вжажноо» К^1/)» рассчитаного всрс^дя вв выдвинутых положений по формуле:

к(\Ф у/ = Т»{сы одл ¿ра ■

ш

/Цв У= /с1.7 » ги - скорость потоке, цпа- опвсаиия которой используется зависимость аналогичная формуле /4/, и I -давление полуразмаха и средней линии стабильной петли гистерезиса, соответствующие влажности, для которой определяется- К(\17)/ о аналогичными величинами^ раоочитатшиа по методам Воронина и Кар-аалда /Воронин,1977/. Полученные дацные показывает хорош;» сходимость /ряс.6/, причем.для песков и для почв легного гранулометрического оостава иаблидаетоя практически полное совпадение зависимостей.

ю}

V

рис.З.Сравневие рассчитанных веги-^^ У, чан коэффициента вдагопроводности

у** „Ц* //£, / как функции.объемно» »лаж-

**** ноет и / \\Г/ *

** * х I и 2 - пески( 3 и 4 - средние су-

* х" глинки.

и * * - величины, рассчптэтше по ме-£ ? тоду Воронина. а л о - величины, расочитониые но ме-_______ __________ . тоду царщалда..

015 030 ♦ -величины, раосчитошше при по-

> • ' >н 'I нощи акоперяыенгадъно'определенной функции подвижности почвенной влаги в рлензнте <ИХ /рпс.5/ с учетом распределения влаги по.элементам £¿61 э конкретной почве»

Лроверка аыдвинутих положений по отдельный характеристичным , величинам и вцвлои показала правомерность их применении длн практических расчетовгидравлической сроводимоотн почвы и установила наличие отатиотическн достоверной функциональной об язи меиду гистерезионши явлениями кривой нодоудерхиваемости и фильтрационными аномалиями исследуемых почв.

- - 187. ВШЗЯТЯиСГВЫЙ ХАРАКТЕР СВОЙСТВ ВОДЫ В ШРОБОМ ПРОСТРАНСТВЕ ГОЧБЫ

В глазе делается попытка объяснения полученных эксяеримен-»Kutuui зависимостей я построения физической картины яоследуемьх вялений на основе полученных экспериментальных и теоретических зависимостей.

Вероятностное«, ооэедекия пичвеякоЯ влаге является в яаотов-яеь врома общепризяаний я в наиболее общем виде бкль сформулировано Судннщшим; *3 вас?оквьве время установлено, что воя влага, заходадояоя в почве, в той числе ь. наиболее прсчни связанная кристаллизационная вода, находятся в состоянии теплового хаотического движения. 2 случае динамического равнеееоия отдельные молекулы и группы иолекул движутся о равной веровткосхьо во всех направлениях. Боли же на печвеннуо влагу начинает действовать какие-либо неураваовеиенные силы, вероятность движения в каком-либо одном напразлевих возрастает и на хаотическое тепловое движение наложима движение направленное", /Судницын, 1964/»

Функция распределяв* ^^)/формула* 5/ по овоей фиадчесте» сущности является месааатичесвим выражением этого положения, то есть раопределением вероятностей нахождения произвольного объема созданной влаги в состоянии направленного движении в зависимости от деЗетвуоздх на почвенную влагу сил. Поскольку при возрастании де11ствуво1х сал вероятность направленного движения также возрастает, каждому бесконечно малому приращению силы соответствует бесконечно малое приращение вероятности направленного движения, что дгл5! «эм еабер я-озмохвых оостояний. почввввоВ влаги. Осуществляясь % вгсфовом пространстве конкретной почвы в соответствии со своими вероятностями, определяемыми непрерывной функцией распределения, эти состояния образуют непрерывный спектр элементов da.

Фаяхачеокк это"означает, что поведение почвенной влаги в конкретной норовов пространстве можно рассматривав как марковский случайный проаеоо /Прохоров« Розанов,1978/* а именно, случайеое блуждание почвенной влагя с вероятность!» покинуть норовое пространство в вероятностью остаться в его пределах

* Анализ подученных экспериментальных дазвых поиазм-лает правомерность такого подхода при опиоанвв закономерностей -вдагоперевоса в условиях, бдланвх ж насыщении при мадых перепадах давления,

вывода

X, Проведенное экспериментальное научение фильтрации при мадых перепадах давления /о~0»05*10®'Па/ в детальное изучение закономерностей фильтрации в интервале градиентов давления от нуля до условвого начального градиента, показало; а/ наличие устойчивых однотипных фимрацнонных аномалий для всех <40 изученных объектов исследования широкого диапазона гранулометрического состава, б/ коэффициент фильтрация является функцией обцей равное» давлений, независимо от мощнооти фальтрупцего своя, что необходимо учитывать при практических гидромелиоративных расчетах.

2* В результате детального изучения гистеревисвых явлений кривой воцоудержвваемоотв исследуемых проз при малых абсолютных аначениях давлензя' почвенной влаги /0-0,15*10® Па/ экспериментально установлено наличие единой зависимости давления полуразмаха от даввения средней ливни стабильной петли гяотерезиса.

8* Установлено иаличне статистически достоверной фувкцпс- -нальной связи между гистеравнсяыми явлениями кривой водоудвржл-ваамости м фильтрационным* аномалиями.

- 20 - .

4. С целы) характеристики гидревличеокой проводимости почв на основании полученных экспериментальных данных рассчитана единой для всех иэучзнпых почв функция подвижности почвенной влаги в зависимости от ее энергетического состояния, применимая для практических расчетов гидравлической проводимости почв как в на-сыченном, так и а ненасыщенном состоянии.

5. разработана методика расчета функции распределения элементарных объемов почвенной влаги по давлевиям инициирующим ее движение, связывающей явления влагопереноса с кривой водоудери-ваемости почв и рассчитав» параметры этой функции .для исследуемых почв.

С. Общая экспериментальная проверка полученных закономерностей проведенная путец а/ расчета гидравлической проводимости исследуемых почв в насыщенном состояния всходя из экспериментальных данных по гистерезистш явлениям и сравнения полученных ввлачив с аналогичными величинами, определенными непосредственно из опытов по фильтрации; б/ расчета коэффициента вяагопроводности исследуемых почв как функции от влажности, о использованием единой, функции подвижности, о учетом конкретного распределения объемов почвенной влаги по аначеняви подвижности, характеризуемого функцией распределения к сравнения полученных величин с аналогичными рассчитанными методами Воронина нХзрвалла показала, что подобный подход применим для практических расчетов гидравлической проводимости почв как в насыщенном, так и в ненасыщенной состоянии и позволяет характеризовать эти виды влагопереноса в единой системе, что особенно важно при практических расчетах осушительных н оросительных меаиораций в условиях неглубокого залегания дренана, больших ыендревных расстояний и ела-

" -21-

бых уклонов, при поливах дождеванием, а также пр» моделировании процессов вяагообмена»

Список работ, опубяиковаяных по ген« диссертации

I* Макаренко С.1. Особенности фильтрационных аномалий ж суглинистых почвах. - веотн. Ыоок. ун-та. Сер, почвовед,« 1388( * 2.

2. Иаверенко С.Д. особенности влагопереноса в полиднояерс-вых сиотеыах.' - труди II конференции молодых ученых факультета почвоведения 1!оок. ун-та. II,» 1983» - Рукопись деп. в ЕИНЕТИ, 1988.

3» Цакврвнко С.5., Беревин В.Н. Двухфакторваи модель фильтрация в зоне отклонений от закона дарен. - в кн.: Вторая Всесоюз, нонф. по.применение математических методов и ЭВ11 в почвоведении, Тевион докладов, Пучдано, 1983, воябрь, 0.121-132»