Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Информационное обеспечение расчетных моделей водного режима мелиорируемых земель

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Информационное обеспечение расчетных моделей водного режима мелиорируемых земель"

МИНИСТЕРСТВО ВОДНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА (БелНИИМиВХ)

ШФОРМАДЖШОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ВОДНОГО РЕЖИМА МЕЛИОРИРУЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

06.01.02 - мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ЖИБУРТОВИЧ КОНСТАНТИН КОНСТАНТИНОВИЧ

МИНСК 1990

Работа выполнена в Белорусском ордена Трудового Красного ¡Замени научно-исследовательском институте мелиорации и водного хозяйства.

Научный руководитель - заслуженный мелиоратор БССР, доктор технических наук, профессор Г.И.Афанасик

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Г.А.Щербаков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.Ф.Шебеко,

кандидат технических наук, ст.н.с. А.Е.Бакар

Ведущая организация - Белгипроводхоз

Защита диссертации состоится 1990 г. на

заседании специализированного совета К-099.03,01 в Белорусском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте мелиорации и водного хозяйства Минводстроя СССР.

Отзывы и замечания на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 220040, г.Минск-40, ул.М.Горького, 153, БелНШМиЕХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

" се///*?-?}р ^ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н.

В.'Г.Клкмков

ОБИЛ Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение эффективности земледелия на мелиорируемых территориях в значительной мере определяется изученностью требований сельскохозяйственных культур к водному режиму почв, точность» и надежностью прогнозов его изгкг, лгая в течение вегетационного периода. Однако, отсутствие простого и надежного информационного обеспечения моделей по расчету оптимальных диапазонов УГВ, является сдерживающим фактором широкого применения имокюяхся методик на практике. Поэтому разработка методических основ по созданию информационного обеспечения для комплекса расчетных моделей водного режима мелиорируемых почв с учетом необходимой надежности функционирования мелиоративных систем является актуальной как с теоретической, так и практической точек зрения. -

Цель работы - разработка методов расчета емкостных (с учетом гпотерезиеных явлений) и фильтрационных параметров дренируемых, как однородных, так и многослойных, легких минеральных грунтов н совершенствование методики установления оптимальных диапазонов уровней грунтовых вод на осудительно-увлажнительных системах,

В состав задач исследований входили:

- анализ геоморфологических, климатических, гидрогеологических, почвенных условий и рельефа мелиорированных земель Белорусского Полесья;

- разработка методики получения и анализ зависимостей для определения дифференциальной (текущей) ^ДЬ интегральной (суммарной)

в°Д°отда'га и коэффициентов недостатка насыщения в однородных и многослойных грунта;:;

- разработка методов расчета коэффициента фильтрация Кр и коэффициента капиллярной водопроницаемости исследуемых грунтов с учетом содержания згниошюшюго воздуха в зонах нарушенного водного режима;

- уточнение кстодит почета дитаазонов оптимальных Л'В на ие-

I

лиорировашшх землях.

Методика исследований. Лабораторные опыт проведены на основе планирования шогофакторшго эксперимента с применением статистических методов обработки данных и математических методов построения эмпирических зависимостей. Полевые опыты проведены на типичных для Белорусского Лолеоья объектах. Ддя анализа опытного материала использовалась потенциальная теория двияениа влаги и математическое моделирование изучаемых процессов с проведением численных экспериментов на ЭВМ.

Научная новизна. В работе, на основе применения методов математического планирования и анализа эксперимента, разработаны вероятностно-статистические модели по оценке водно-физических свойств и основных гидрогеологических параметров дренируемых грунтов с учетом гистерезвсных явлений, как в однородных, так и многослойных средах, обеспечивающие проведение расчетов водного режима мелиорированных земель традиционными методами с фиксированной надежностью, уточнена расчетные зависимости влагопроводаосгн исследуемых грунтов и усовершенствована методика, расчета оптимальных УГВ на мелиорированных землях.

Практическая ценность работы заключается в повышении качества проектирования осушительных мелиорации, точности к надежности регулирования водного режима почв при эксплуатации систем, снижении затрат времени и трудовых ресурсов при проведении изыскательских работ с одновременным повышением их достоварноепь Методические разработки ориентированы на применение ЬШ и могут быть использовали при создании автоматизированных информационно-советующих систем (АИОО) по управлению водным режимом.

Реализация работа. Рерультатн исследований по цаляоИ работе во-юл:: в разработанные:

"Угаз'ит по риу чиров тк» попяс-шзгуввк-го рп-^шч почв на осу-

шителшо-увлажнительных системах при выращивании сельскохозяйственных культур по интонсивнш технологиям" РД 33 БССР 2-87, рассмотренных и одобренных НТС треста "Белоргводстрой" Мияэоцхоза БССР (28.12. 1985г.), секцией Ученого совета БелНИШиВХ (30.08.1984г.) и рекомендованных для внедрения Минводхозом БССР (письмо £03-17/254 от 23.01. 1987г.), изд. в 1987г.

"Указания по оценке емкости и фильтрационных параметров легких минеральных грунтов", которые рассмотрены и одобрены Ученым советом БвлПИИМиВХ (протокол Л14 от 30 ноября 1987г.), получили положительное заключение в проектном институте Белпироводхоз, (протокол №23/1 от 12.07.1988г., г.Шнек), изд. в 1988г.

Внедрение выполнено на мелиорированных землях с-за "Прогресс" (объект Средняя Морочь) Солигорского р-на Минской области на площади 10 ООО га. Фактический годовой экономический эффект от внедрения составил 196,08 тыс. рублей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского коллектива и аспирантов ВСХА (г.Горки) в 1982...1986гг., Б1М (г.Минск) в 1583-1984гг,, научно-технической конференции Брестского инженерно-строительного института (г.Брест) в 1984г., на Х-ой республиканской гидрометеорологической конференции (г.Паланга) в 1983г., на Всесоюзной конференции "Гидрометеорологическое обеспечение мероприятий по выполнению Продовольственной программы (г.Днепропетровск) в 1983г., на республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности использования мелиорированных земель (г.Ровно) 1984г., на Всесоюзном совещании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению (г.Москва) в 1.984г., на Всесоюзной конференции "Гидрология 2000 года" (г.Москва) в 1986г., на Всесовзной научно-технической конференщпг "ПоБЫшешге эффективности мелиорируемых земель и водохозяйственное

строительство" (г.Тбилиси) в 19Э7г,, на республиканской научно-технической конференции "Достижения НТО в мелиорацию и водное хозяйство УССР" (г.Ровно) в 1987г., на Всесоюзной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Н.Костякова (г.Москва) в 1987г.

Публикации. За период с 1980 по 1589 гг. автором опубликовано 19 работ. Из них 10 работ непосредственно посвящены вопросам, рассматриваемым в диссертации.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Ре бота изложена иа 196 страницах машинописного текста, включает 25 рисунков, 46 таблиц и II приложений. Список литературы содержит 132 ш именования работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ почвенного покрова Белорусского Полесья, Показано, что почвенный покров Белорусского Полесья отличается большой пестротой и сложностью. Основными почвообраэувдими породами являются водно-ледниковые и древнеаштвиальные супеси и пески, перв' крнтыв сверху маломоидадал чехлом аллювиальных наносов. Большие прост ралства, как в поймах рек, так и на надпойменных террасах и оглаженных водоразделах занимают болотные образования. Дана оценка водного ренима различных почвенных комплексов и показано, что эффективное ведение сельского хозяйства на этих почвах невозможно без оперативного регулирования водного режима. При этом песчаные и супесчаные почвы требуют не только осушения, но и дополнительного увлажнения, осуществить которое на больших площадях практически молшо лишь путей регулирования уровней грунтовых вод. Отмечено, что по своим свойствам к этим почвам приближаются и сработанные мелко?алоадша ТОрфЯНИКИ, 4

Исходя из того, что большинство выполненных в Белорусской СОР работ по регулированию водного режима относится к торфяным почвам, показана актуальность разработок, этого вопроса для легких почв и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе рассмотрены методики определения емкостных и фильтрационных характеристик грунтов, приведены результаты исследований и разработанные на их основе математические модели и алгоритмы для расчета водно-фиэическшг OBOiicTB я ":овяых гидрогеологических параметров грунтов в однородных и неоднородно-слоистых средах.

Вопросам информационного обеспечения расчетных моделей водного режима мелиорируемых земель, придавали большое значение основоположники мелиоративной науки А.Н.Костяков, А.Д.Дубах, С.Ф.Аверьянов, А.Д.Брудастов, П.Я.Полубарииова-Кочкна. Значительный вклад в эту область знаний внесли и ученые БелШШиВХ: А.И.Ивицкий, А.Й.Му-раяжо, В.Ф.Шебеко, В.М,^убец, Г.И.Афанаоик, Л.К.Черник, А.И.Михалъ-цевич и др.

Одним из основных параметров, входящих в расчетные формулы для определения положения УГВ на мелиорированных землях, является коэффициент водоотдачи. Обобщить и систематизировать результаты опубликованных опытов по определению водоотдачи грунтов практически невоэ-'можно, поскольку как методы определения, так и факторы, принимаемые в качестве определяющих, слитком многообразны.

Цель проведенных опытов состояла в получении, на основе применения математических методов планирования и анализа эксперимента, эмпирической формулы для определения коэффициента дифференциальной (текущей) водоотдачи для грунтов легкого механичеокого соста-

ва.

Наряду с опытами на высоких колоннах и в полевых условиях, основные опыты выполнялись в капилляриметрах (метод отсасывания влаги из насыщенного образца), позволяющих непосредственно определять ве-

5

личину• В опытах использовались образвд как ненарушенной, так и нарушенной естественной структуры грунтов. Согласно требований к планированию эксперимента часть опытов выполнялась с использованием песчаных смесей. Для приготовления фракций применяли набор сит (ЧССР) с диаметром отверстий: 0,01; 0,025; 0,045; 0,056; 0,063; 0,09; 0,125; 0,315; 0,5; 0,63; 1,0-1,25; 2,0; 3,0; 5,0. Объем грунта в опытах составлял не менее 200 см3. Плотность частиц грунта 2,64-2,66 г/см3, плотность сухого грунта изменялась от 1,65 до 1,86 г/см3. Исследуемые грунты доводились до полного насщения путем капиллярного подпитывания снизу вверх. Объем вытекшей воды на каждой ступени разрежения фиксировался с точностью до 0,Oír взвешиванием на электрических весах. Опыт заканчивался при вакуушетрическом давлении порядка 2,0-2,5м.

Согласно плану, в кашшшрпметрах бапа выполнена серия опытов но определению в равновесных условиях водоудерживающей способности легких минеральных грунтов.

На рис.1 приведены значения нормированного/' коэффициента дИф_

Фаранцвальной водоотдачи исследуемых грунтов

,

где Jí¿(s)~ коэффициент дифференциальной (текущей) водоотдачи, дол.ед.

JLln - предельное (максимальное) значение коэффициента дифференциальной водоотдачи (физическая константа грунта), дол.ед.

Для обоснования необходимой повторностк опытов> обеспечивающих определение jln с требуемой точностью, была выполнена серия из 33 методических опытов с однородным срецнозернистым песком. Анализ данных с использованием критерия Колмогорова показал, что гипотеза о принадлежности выборхеи ь этом случае нормальному закону распределения не отвергается при доверительной вероятности Р 0.S5. Яовтор-ность опытов была принята равной трем, поскольку по гавнш методк-

ческого опыта установлено, что погрешность оценки среднего значения

Рис.1 Изменение нормированного коэффициента дифференциальной водоотдачи у в функции от глубины стояния УГВ,

(7) - номера опытов

в этом случае не превышает 10$. В качестве математической модели использовали полином второго порядка вида

у = Ь0^Ь1х^Ь2х2^Ь1гх1хг_ +Ьих? + Ь22х1 • (2)

С целью определения существенных факторов в уравнении регрессии была реализована на ЭШ типа ЕС программа для вычисления множественной линейной регрессии с выбором существенных факторов. В глче-стве аргументов использовали значения с/цоз^Юг^ю^го^зо'"'' и отношения ¿Зо/с(,о < ¿ес/^ю, ¿Яа/^м • Существенными факторами (2Г =

С,987) в уравнении регрессии оказались а^ и ¡¿е0/с(10.

Дцдя оценки коэффициентов уравнения регрессии использовали ком-

7

позиционный, симметричный, рототабельный, симплексно-суммируемый план второго порядка. Опыты проводили в случайном порядке, применяя рандомизацию с помощью таблиц случайных чисел.

Проверка статистической значимости коэффициентов выполнялась с помощью критерия Стьюдента при доверительной вероятности Р=0,95.

После статистического анализа и раскодирования переменных уравнение регрессьи для определения приводится в виду

= 3, еш ~ 8,2 и2л- 0,009Ы - 0,180сШ - 0,04 , (3) где ё. = о- диаметр частиц, меньше которых в грунте содержится 10$ по весу, мм;

21~с1ео/й10- коэффициент неоднородности грунта;

(¿$о диаметр частиц, меньше которых в грунте содержится 60$ по весу, мм.

Проверка адекватности модели выполнялась по /-* -критерию (критерию Фмшера-Онедокора).

Зависимость "применима при 0,01/$ ^ 0,16 и 8.

Дяя аналитического описания кривых, характеризующих изменение </ в функции от £ (понижение УГВ), использовали интегральную функции нормального, логнормалп-юго распределений и распределения Вей-булла. Б качестве аргумента принимали значения Для провер-

ки согласия опытного и теоретического распределений использовали критерий Колмогорова, Учитывая, что критерий согласия Колмогорова не учитывает числа параметров распределения, проводилась такие дополнительная проверка согласия по критерию Романовского, использующего критерий 1 (хи-квадрат) Пирсона. Анализ результатов показал, что наилучшее приближение к прямой имела графики, построенные на координатной сетке нормального распределения, когда в качестве аргумента использовали значение £ . Расчеты показали, что гипотеза о соответствии в этом случае опытных данных нормальному распределению (по критерию Колмогорова) не отвергается при уровне значимости Л =43,05. С

Применив одностороннее усечение, поскольку понижение УГВ может изменяться в пределах от 0 до + со ишем

(4)

НП г-МШ

где С ~ —~~7~Ш\~ коэффиш'.ейг ученияj

e?fc(z) ' 1- ~ функши ошибок;

F(i) ~ JexP("Y 4 - функция Лапласа.

Коэффициент дифференциальной (текущей) водоотдачи дренируемых грунтов (в дол.ец,) рассчитывается по формуле:

Яя =J*n (*,»)•/(*,*) ' (5)

гдеJln(d,U) - предельное (максимальное) значение коэффициента дифференциальной водоотдачи для грунта, характеризуемого параметрами

а п и i

S - расстояние от УГВ до поверхности грунта, м; Sep и <Г - эмпирические коэффициенты, зависящие от ОС . Дня определения воДовместимости необходимо располагать данны-11.ш по коэффициенту интегральной (сушарной)JUn(i) водоотдачи грунтов,

J**(S) 3 l/sJjtMVds > (6)

Для общего случая, когда первоначальный УГВ сто?'» ниже поверхности земли на основе (4) и (6) получена зависимость вида

■х7

здесь у* '

S - понижение УГВ от первоначального Sh , м; Lezfc(z) = у esfc(x)atx

Коэффициент интегральной (суммарной) водоотдачи JUH определя-

ется но формула

JU* = jU «(<*,")■ (6)

Применение методов непосредственного определения J^Mfs) (по гидрофизическим характеристикам) позволило, используя зависимости f(ßx) • рассчитать водоотдачу и шла многослойных грунтов.

Способ определения водоотдачи в неоднородных (слоистых) почво-грунтах рассматривается для следующих случаев:

1). слой йРУПнозернистого почвогрунта подстилается слоем более мелкозернистым, т.е. of^fi^i»...^^; ,

2). мелкозернистые отложения подстилаются более крупнозернистыми, T.e.ai,*

3). слои шеи неупорядоченное (смешанное) расположение.

Распределение влаги поело отекания в первых двух случаях иллюстрируется Классической схемой Jio А,А.Роде (рис.2). В первом случае (рис. 2а) слоистость почвенно-грунтовой толщи не вызывает отклонении в распределений вяатц и расчет коэффициентов водоотдачи произьоцнт-ся с учетом параметров Scp и ß слагаемых грунтов, как для двух участков однородной толщи. Во втором случае (рис.26) границы раздела почвогрунтов различного гранулометрического состава определяют отклонение от распределения влаги, характерного для однородной толщи. В верхнем слое с определенной глубины влакность, соответствующая наименьшей вяагоемкости Cüo^ данного мелкозернистого почвогрунта, нарастает до самой границы раздела. Ниже границы раздела влажность резко уменьшается до величины CJcx , характерной для данного крупнозернистого почвогрунта. Мощность зоны с избыточным количеством влаги Ah в верхнем слое равна разности нормальных высот капиллярного насыщения характерных для верхнехчэ и низшего слоя рассматриваемой почванно-грунтовой толщи. Необходимо отметить, что й/t; учити Бается при установлении максимальной расчетной величины снижения

mar . го

УГВ Sip от поверхности рассматриваемого I— слоя.

10

п

а)

$

^ л С: В

В

ю

--У"*

- к

—I

~нк

б)

т.

О

м

5

А

Г

<Г ~кк

т

ш%

Влаюшещ почвы а % бл) потк алагеемхос/пи

Рис. 2 Распределение влаги в слоистых толщах: а - при под-стилании крупнозернистого лоч-вогрунта (К) мелкозернистом (М); б - при подстилании мелкозернистого почвогрунта (И) крупнозернистым (К). Условные обозначения: Г - Гранина смени грунтовКК - верхняя граница капиллярной кайми;

(¿0* и

- наименьшая вла-

гоемкость крупнозернистого и мелкозернистого ночвогрунтов.

В принятых обозначениях коэффициент дифференциальной водоотдачи для уравнения Буссинеска (случай I) определяется формулой:

(9)

где

для случая (2) выражением:

" &Ш М (10)

где пи^(раг). $ - расстояние от поверхности у -го слоя

до 1ТВ, м;

Когда (¿1 соответствующих слоев грунта иеулорядоченн, (случай 3) для расчетов вводится вспомогательная величина

/

1 и, а, < ,

(П) и рас-

¿ = 1,2, ... п-{, а

Неупорядоченному расположению ¿2^ соответствует массив ¿[ чот производится с учетом тробсшший так по .1-му, так и по 2-иу

И

условию расположения слоев.

Аналогичные зависимости получены и для расчета коэффициентов интегральной (суммарной) водоотдачи.

При решении фильтрационных задач необходимо располагать данными о водопроницаемости пород - коэффициенте фильтрации Кщ . На основе применения методов планирования эксперимента получена расчетная зависимость для Кт вида:

Кт = [(6?,54*+ !5,88о1)-(О№911г-0<533и)-О%76с1и-1,т]Л12) При расчетах необходимо знать как коэффициент фильтрации Ар , соответствующий полному насыщенна грунта водой и отсутствию защемленного воздуха, т.е. при влажности его О) = т ( т -порозность грунта), так и коэффициент водопроницаемости Ко при полной влаго-. емкости (0* , но с учетом защемленного воздуха. Коэффициент водопроницаемости Кр определяется (в м/сут) по формуле

К0=[ ¡5,0(1 -(0,009 и2-0,Щи) - 0,34 и - О А 4 ] 9,5. (13) Даже незначительное содержание воздуха в грунте резко уменьшает его водопроницаемость, Это обстоятельство заставляет пересмотреть формула по определению фильтрации в грунтах с целью замены в них коэффициента фильтрации, если его принимали (или определяли) для

полностью насыщенного водой грунта, коэффициентом водопроницаемости К0.

В третьей главе приводятся теоретические предпосылки и результаты исследований по оценке гистерезисных явлений, возникающих в процессе обезвоживания и увлажнения грунтов при изменении УТВ.

Для количественной оценки различий между величинами водоотда- • чи и недостатка насыщения на основе методов планирования эксперимента, были проведены опыты по определению параметров кривых распределения влаги над УГВ яри осушении (понижении УГВ) и водонасыще-шш (повышение УГВ), Опыты проводились на высоких колоннах и по методу расхода с поверхности образа. Сравнение распределений вероят-12

иостей полученных кривых проводили численным и графоаналитическим методами (рис.3). Обработка результатов эксперимента позволила получить аналитические зависимости для определения коэффициентов, учитывающих несоответствие капиллярных свойств грунтов при понижении и повышении УТВ. Ввод этих коэффициентов в формулы для определения коэффициентов водоотдачи позволил разработать структуру расчетных за' л

висшлостей для определения коэффициентов недостатка насыщения в грунтах при равновесном состоянии влаги в ненасыщенном слое.

О,В 0,5

V)

<¿0 0,3 0,2 0,1

I I _____/ I /

■ А/ / / !

4 у 4 У у / / п I 1

/ 0 4 Г л ф/ У ! 1 1

I / / 1 ..)......

У Оз II 1 я 1

$ ГО 20 30 40 50 63 70 80 80

У; $, %

Рис.3 Вероятностный трафарет для определения параметров и С

Для однородных почленно-грунтовых толщ^^определяется выражением

с!) , (14)

где Н - повышение УГВ от первоначального, м;

Л

£ - расстояние от повышенного УГВ до поверхности или расчетного слоя почвенно-грунтовой толщи, м. функция у>*рассчитывается по зависимости

гы<*)=> - —4 г ■ (к)

.здесь £ - эмпирический коэффициент, учитывающий несоответствие капиллярных свойств грунтов при понижении и повышении УГВ.

л

а общем случае формула для определения с многослойных почво-

грунтов имеет вид Л. —

-1 .2. гу¿(Г)

■ ^иф= ' (16)

где Щ - объем влаги недостающей до полного водонасыщения в ¿ — слое грунта.

Для определения водоудеркивающей способности грунтов необходимо строить кривую распределения остаточного влагосодержания по высоте исследуемого пласта или образца. На рис.4 частично приведены кривые распределения остаточного влагосодержания для грунтов различного гранулометрического состава, исследованных в наших опытах. Опыты проводились на высоких колоннах, в калилляриметрах и полевых условиях. Анализ кривых распределения влагосодержания по высоте дренированного образна показывает, что гранулометрический состав существенно влияет на высоту капиллярного поднятия и форму кривой остаточного влагосодержапия.

Определенный интерес представляют попытки аппроксимации кривых остаточного влагосодержания математическими зависимостями.

Так Н.Н.Веригин, на основании результатов опытов с однородными песками предлагает принять линейную зависимость высоты капилляр-14

Рис.4 Кривые остаточного влагос одераанил

ного поднятия от влаго-содержания, С. А.Аверьянов рекомендует параболическую зависимость, В.В.Рсманов, основываясь на анализе водоудержива-к'.цей способности фиктивного грунта, предлагает гиперболическую зависимость. Та1сая же зависимость используется Суд-шщшшм И.И. при обработке экспериментальных данных при исследовании почвенных образцов. Наличие ряда разнообразных зависимостей высоты капиллярного поднятия от влагосодержанил грунтов можно рассматривать

как косвенное доказательство сложности построения универсальной кривой /?<• =]((*)).

Как показали наши исследования величина влажности и) на высоте при понижении УГВ с достаточной для водобалансовых расчетов точностью аппроксимируется выражением:

0) (¿) - С0„ -((Оя-и)а) ^ -

пр^! повышении УГВ

~Т7Г~/

(17)

г-^Н-Ш1)

(18) 15

здесь (*)„ - полная влагоемкость грунта, дол.ед.;

и)о - наименьшая влагоемкость грунта, дол.ед.

Параметр и)а определяли по остаточному влагосодержанию, устанавливающееся после свободного отекания гравитационной влаги выше зоны капиллярной каймы в результате определения , термостатно-весовым методом.

На основе полученных данных для определения й)д разработана зависимость вида

'(Оя = 0,3*74- -0,1111 - 3,651Л + 0,075оШ+ 9,94 о1г . (19) Значение (Оя определяли как сумм-/ величин

+ . (20) Дяя расчета , аналогичной^ на основа методов планирования экс-церимента получена интерполяциошая формула в виде алгебраического полинома

ь)п = 0,3166 ~ 0.0024Ы ~0,255а ~ 0,108(¿11. + 3,6 Ыг. (21) Влагозанасы (0 * над уровнем грунтовой^воды равны

=//¿/¿<увГ, , со* = //£/&; <4* ■ (22)

С учетом (17), (18) и (22) разработаны зависимости, позволяющие определять влагозапаоы в отдельных частях зоны аэрации и многослойных почвогрунтах.

В четвертой гле.ве рассматривается методика расчета оптимальных уровней грунтовых вод на осушительно-увлажнительных системах. При рассмотрении требований к водному режиму по'казано, что в условиях неглубокого залегания УИ характеристика оптимальности водного режима по его средней влажности оказывается недостаточной. В этом случае влажность отдельных зон корнеобитаемого слоя не должна выходить' из диапазона, который по сравнению с диапазоном средних влажноетей будет более широкой. Критериями оценки возможности оптимального регулирования водного режима при помощи УГВ приняты два условия: недопущение в период высокой потребности растений в воде снижения 16

влажности в верхней части пахотного слоя ниже минимально допустимой CJgn и недопущение превышения ее ira нижней границе корнеобитаемо-

а

го слоя над максимально допустимой . Одним из основных факторов, входящих в уравнение для расчета оптимальных УГВ является коэ^г-фициент влагопроводности Kg. Выполненное обобщение литературных данных и результатов собственных исследований показало, что зависимость Кf(S) для исследованных почвогрунтов целесообразно описывать выражением

/Те = Ко е , (23)

где ОС и п - эмпирические коэффициенты, характеризующие структуру порового пространства грунта и др.; S - понижение УГВ, м. .йинимальное положение уровня грунтовых вод (относительно нижней границы корнеобитаемого слоя) в период затяжных дождей определяется по формуле ^

где Кдт - коэффициент влагопроводности, соответствующий влажности верхнего предела оптимума, м/сут; Р - расчетное значение инфильтрационного потока воды в период затяншх довдей, м/сут. Минимальное положение уровня грунтовых вод в засушливый период (при сработке УГВ) относительно нижней границы корнеобитаемого слоя определяется по формуле

Л с ( 1 /.. К ion + ip \n

гдо ip - расчетный максимальный поток влаги в корнеобитаешй слой в засушливый период, м/сут. л'тш.алыюе положение уров!Ш грунтовых вод п засушшвый период при повичктин УГВ (подпочвенное увлажнение) относительно нижней грашш» г.орюотгоаемого слоя определяется по формуле

зцесь - величина возможного дополнительного повышения, с уче-

том гистерезисных явлений УГВ, от первоначального до расчетного Л , м. Максимальное положение УГВ в засушливым период (относительно нижней границы корнеобитаемого слоя) находится по формуле

(27)

(28)

Кд + 1р

в которой

Квн~ ехМ-ос/г^) +

где Квв - расчетная влагопроводность на глубине 5 см;

Ьк.с,- мощность корнеобнтаемого слоя за вычетом 5 см поверхностного слоя почвы. Дяя определения параметра А^ разработана зависимость, позволяющая определить его по косвенным признакам, вида: «¡„„ = (10,96(1+0,20921-О, ЗЗЫи- 0, ОШи2-О, Ш)3'* . (29) Усовершенствованная методика расчета оптимальных УГВ применительно к легким минеральным почвам и мелкозалежным торфяникам, подстилаемых песками, в полной мере позволяет использовать для расчетов ЭБЛ. Нами составлен алгоритм и разработано математическое обеспечение для ЭБ'Л, позволяющее определить диапазон ОТ с учетом потребления влаги по с/х культурам, как в плановом так и в оперативном режимах водопользования.

В главе пятой приведены показатели технико-экономической эффективности внедрения результатов исследований. Экономическая эффективность рассчитана в соответствии с "Указаниями по регулированию водно-воздушного режима почв на осушительно-увлажнятелыгых системах

при выращивании сельскохозяйственных культур по интенсивным технологиям". РД 33 БССР 2-87, шнек 1987 год.

Годовой экономический эффект за 1982-1988гг. составил в среднем 32,53 руб/га.

шведа и преддошмя

1. На основе анализа требований к надежности функционирования мелиоративных систем показано, что вероятная ошибка в определении расчетных значений параметров, характериьу.«. -sx динамику процесса изменения уровневого ре;кима, должна составлять не более Щ2.

2. Выполненные исследовапня позволили на основе применения математических методов планирования и анализа эксперимента, теории вероятностей и математической статистики, разработать методику определения водно-физических свойств и основных гидрогеологических параметров дренируемых грунтов в однородных и многослойных средах с учетом гистерезисных явлений применительно к расчетам надежности гидромелиоративных сис тем..

3. Обоснован метод и составлен алгоритм для определения коэффициента дифференциальной водоотдачи и недостатка насыщения применительно к уравнению Буссинеска.

4. Приведены зависимости для определения водопрониыдемости (коэффициента фильтрации, коэффициента водопроницаемости капиллярной каймы) исследуемых грунтов. Показано, как даже незначительное содержание воздуха в грунте резко уменьшает его водопроницаемость. Получены зависимости для ориентировочной оценки содержания воздуха в зонах нарушенного водного режима.

5. Для количественной оценки водоудер:кивающей способности грунтов с учетом гистерезисных явлений получены аналитические зависимости и формулы, пригодность которых подтвергшна лабораторными и полз-31IM1-1 окспериг К!iIT: IM!;.

I'J

6. Выполненные исследования дозволили на единой методической основе с использованием потенциальной теории передвижения влаги в пористых средах усовершенствовать методику расчета оптимальных диапазонов УПВ применительно к легким минеральным почвам и мелкозалежным торфяникам, подстилаемых песками.

7. Производственная проверка результатов исследований на объекте "Средняя Морочь" (1982-1388гг.) показала, что применение предложенных решений позволяет повысить точность и надежность определения исходных параметров водобалансовых уравнений, и на этой основе улучшить качество регулирования водно-воздушного режима почв.

Экономический эффект за 1982-1968 гг. составил в среднем -32,53 руб/га;

По диссертации опубликованы следующие работы:

1. Оценка емкостных параметров несвязных грунтов при прогнозах водного режима мелиорируемых земель "Повышение эффективности использования мелиорированных земель": Тез.докл. 2.1.-Ровно: УШЗХ, 1984 (в соавторстве).

2. Количественная оценка водоотдачи минеральных грунтов легкого механического состава // Ссушителыю-увлашштельные системы.-Минск: БелШИМиВХ, 1286.

3. Расчет наименьшей и полно!! влагоемкости легких минеральных почв // Управление водным режимом мелиорированных земель,- Минск: БелШИМиВХ, 1987.

4. Оценка водовместимости песчаных грунтов // Повышение еффек-тивности мелиорируемых земель и водохозяйственное строительство: Матер. Всесоюз. науч.-техн.кокф,- Тбилиси, ГрузПККГиМ, 1987.

5. Расчет водоотдачи легких минеральных почвогру:?ов // Научное обеспечение повышения эффективности использовании; дачпкорк^уешх земель. геатер. Всесоюз.совещ.- ¡А., ВНИЙ1Ш, 1987 (в «••.авторстве). 20

6. Определение водоотдачи мелиорируемых шшеральншс почвогрун-тов // Достижения ИШ в мелиорацию и водное хозяйство УССР: Тез. докл. чЛ. Ровно: УИИВХ, 1967.

7. Модели и алгоритмы расчетов коэффициентов водоотдачи в однородных и многослойных грунтах // Мелиорация и водное хозяйство. -Вып.II. - ¿1. 1987. Дел, в ЦБНТИ, Й444.

8. Указания регулирования водно-воздушного решала почв на осу-шительно-увлажнительных системах при выращивании сельскохозяйственных культур по интенсивным технологиям. РД 33 БССР 2-87, Минск, 1987 (в соавторстве).

9. Алгоритм определения коэффициента водоотдачи для уравнения Бусеинеска // Прогнозы водного решила при мелиорации земель. -Минск: БелНИИМиВХ, 1988.

10. Указания до опрделению емкостных и фильтрационных параметров легких минеральных грунтов, Минск: БелНИИМиВХ, 1988.

Подписано к пачати 4.04.90г. АТ 08963. Зак.. 87. Тираж 100 экз. Бесплатно.

Ротапринт БелНИИМиВХ, г.Минск, ул. М.Горького, 153.