Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование процессов формирования возвратного стока с орошаемых территорий для условий Северного Кавказа

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Исследование процессов формирования возвратного стока с орошаемых территорий для условий Северного Кавказа"

ШДЕШЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ

На правах ругошсз

■ МАХОВ Анатолия Жамапдиноют УДК 551.494:628.36

ССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ Р О В А Н И Я ВОЗВРАТНОГО СТОКА

ОРОШАЕМЫХ ' ТЕРРИТОРИЙ С Л О В И Я СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность 11.СЮ.07 Гидрология супя, водниэ ресурсы, гадротагая

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стэпсгш кандидата технических наук

И

О О Р и и с

ДЛЯ У

Москва - 1931

Работа выполнена в лаборатории гидрологического да ¡ела суши Института водных проблем АН СССР.

Научный руководитель: доктор фсзлко-иате\'.атаческих наук, профессор Я.С.Кучмент.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г.Х.Исмайылов; кандидат технических наук, 'ст.н.с. 'Е.П.Чемарош

Ведущая организация: Проектно-изыскательское отделение Проектно-строителыюго объединения "КАБЕАЛКВОДМЕЛИОРАИ^Я''.

Защита Диссертации состоится "И » 1991 года

в № час. на заседании Специализированного совета Д.003.37.С "Гидрология суш, водные ресурсы, гидрохимия" при Институте водных проблем АН СССР.

Адрес: 103064, Москва, ул.Садовая-Чорногрязская 13/3, : ИБП АН СССР.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Института водных проблем АН СССР. • • .

Р

Автореферат разослан цпт I"1 г»

УченыЗ секретарь Специализированного совета •

кандидат геолого-минералогкческих наут^^е*^ И.К.Морковкин;

/

ОВДЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях обостряхупегося двигать простой воды возникает необходимость в повторном использовании водных ресурсов при поливах сельскохозяйственных земель -подачо на орошение коллекторно-лроначных вод /возвратного стока/. Возвратный сток является значительным дополнительным резервом эконоши водных ресурсов, который, однако, но всегда используется -эффективно из-за недостаточной изученности процессов его формирования. Выявление закономерностей форткрования возвратного стока и создание надежных методой его оценю! мотет помптть сеос-ти объемы дренагао-сбросного стока до уровня неизбежных технологических потерь.

Цель работы, состоит з исследовании процессов формирования возвратного стока с о ро пае мой территории и в разработка на этой основе схемы расчета стока возвратных вод и его генетических составляющих /дренаглый, поверхностный и сбросной сток/ с использованием метода физико-математического моделирования.

Научная новизна. Предло.- -па, численно реализована и апробирована физико-математическая модель формирования возвратного стока с орошаемой территории, учитывающая процессы влагопере-носа в зоне аэрают, ислароние воды почвой и трансгкрают растениями, движение грунтовых вод, поступление поверхностно-сбросных и дреналшх вод и их трансформацию в руслах коллекторов с учетом пространственно-временной изменчивости характеристик орошаемых массивов.

Практическая ценность. Разработанная модель ¡Нормирования возвратного стока ориентирована на использование доступной агро-и гидрометеорологической информации и позволяет рассчитывать для различных ре гама в орошения и параметров коллекторно-чренаж-

-г -

ной сети гидрограйы возвратного стока и изменения во времени его составляющих, а также приближенно оценивать вынос растворенных веществ о возвратными вода™. Этп расчеты позволяют выбирать режимы водоподачи, при которых выполняются заданные ограничения к объему и качэству возвратных во ц. Модель может быть также использована для восстановления рядов наблюдений за дренажным стоком с оросительных систем.

Апробация работы. Основный результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсувдались на семинарах лаборатории гидрологического цикла сули и Секции Ученого Со: эта Института водных проблем Ali СССР, Всесоюзной конференции "Соврете чные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами" /Новоче , асск,1990/, 55-ой научно-практической конференции Ставропольского сельскохозяйственного института /Ставрополь,1991/, заседании Технического Совета Проектно-строительного объединения "Каббалкводмолиорахгая" и заседании кафецры сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций Кабардино-Балкарского_аграрного института.

Использование получению: результатов. Результаты исследований по тема диссертационной работы приняты к внедрению в производство Проектю-изцскательским отделанном Проектно-строительного объодг 'Го!я "Каббалквоцмелиоранля".

Публикации. Но теме диссертации опубтлкованы 3 работы. Список публикаций приводится в конив автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 147 страниц, в том числе 20 рисунков и 14 таблиц. Список использованной литературы в юго-чае т 152 наименования работ отечественных я зарубежных авто рой.

ОСНОВНОЕ ССЩЕРНАНЖ РАБОТЫ

Во вв^ценги обосновала актуальность темы, изложены ноли и задачи исследований.

В первой гланд излагаются терминология и краткая история .развития исследований, а такте суцествуетше подходи к ре'яешто задачи количественной опенки возвратного стока.

В настоящей работе под возвратными вода\и будет пониматься суммарный сток с ороиаемой территории поверхностным и подземным путем, сформировавшийся за счет поливных вод и осадков в пределах данной территории. При этом считается, что поверхностная составляющая складывается из собственно поверхностного /склонового/ . стока и сбросных вод, а подземная образуется за счет вод, просо-чивтатеся в водоносный слой и затем часто выклиниваетихся в колле-кторно-дренаяну» сеть /1ЭДС/.

оЗольшоэ значение для развита * представлений об условиях формирования возвратного стока и его обЧемах для различных физико-географических районов имели работы Т.Н.Аткарской, О.Г.Вонсовской, Г.В.Воропаева, В.Ю.Григорьева, Ю.М.Денисова, В.А.Духовного, С.С.Езекяна, Г.Х.Исмайылова, М.'Л. Чаплинского, Г.П.Левченко, Ф.Э. Рубиновой, В.П.Светицкого, А.И'.Сергеева, В.В.Су>лароковой,В.М.Федорова, С.И.Харченко, М.Г.Хубларяна, А.В.Итаковского, В.Л.Шульца; Бишопа А. и Нетерсона X., Никлина М. и Брасткерна Р., Хаука И., Херди П.

Ввиду того, что могут встречаться самые разнообразные сочетания природных условий и конструкций ЦС, возвратный сток с того или иного оропаемого объекта мочет бить различным в зависимости от этих условий и особенностей водопользования. С другой стороны, отсутствие согласованной терминологии и единой теории 'Тюр-мировагатя возвратного стока, а так^э наличие разного рода лог-редкостей в исходной информации приводит к тоьту, что обдали возвратных вод, определенные разтг/и специалистами да^з для

одних и тех же' районов, варьируют в больпих пределах. Так, по мнению В.Л.Шульца, возвратные воды с орошаемых земель в Оерган-ской, Заравшанской и Чуйской долинах составляет 15-30'2 водозабора; В.П.СветицкиЙ объом возвратных вол для '.-ерганы принимает равным 43* водозабора. При составлении водохозяйственных балансов рек Сырдарьи и Амударьи в одном случае объем возвратного стока принимался равным 11-15» /Герарди И.А. ,1269/, а в друтих-50-6СК /Аткарская Т.Н.,1970; Рубикова Ф.Э. ,1979/ водозабора.

Анализ супеетвушдах подходов к изучению возвратного стока позволяет сделать вывод, что с точки зрения исследования условий формирования и опенки количества и качества возвратных вод перспективным является использование метода математического моделирования Отмечается, что математические модели, разрабатываемые для этих целей, должны быть, с одной стороны, адекватны реальной физической обстановке до такой степени, чтобы их можно было использовать для решения определенных практических задач. С другой стороны, чтобы такие модели были эффективными для прикладных задач, они должны быть по возможности более простыми по о'-'-ей структуре и опираться на стандартную гидрометеорологическую информацию.

Важной задачей является так® изучение химического состава и миниралгзации возвратного стока, исследование его влияния йа качество речных вот и возможности повторного использования для целей орошения.

Во второй главе рассматриваются основные процессы, влиявдие на суммарный обтэм и динамику возвратного стока, и приводятся методы их описания в гидромелиоративных задачах. Отмечается, что при изучении Армирования возвратных вод в единой совокупное:'!! должны рассматриваться различные пропоссы: вштыванне воды в

почву, влагообмен в системе почва-растенчя-атмосфера, перехват воды растительностью и испарение с капель искусственного дождя в воздухе, взаимодействие почвенных и грунтовых вод, двитвние влаги_ в водоносном слое, а такта формирование поверхностно-сбросных к дренатопи вод и их дви-чение в коллекторно-дрена-кной сети.

В результате анализа перечисленных выше физических процессов и обобщения теоретических предпосылок автором предложена система уравнений, численное решение которой при известных параметрах позволяет количественно оценить сток возвратных вод в зависимости от гидрометеорологических условий и режима водопадачп.

Структура разработанной модели формирования возвратного стока и ее численная реализация приводятся з третьей главе.Рассмот-рим основные уравнения модели.

Вертикальный влаго пере нос в зоне аэрации описывался с помощью ,-/равнения ди^грузии почвенной злати с учетом влияния корневой системы растений:

31 . Эг

где 8 -объемная влажность почвы, и ,|ДУ] -коэмитенты гидравлической проводимости и диффузии соответственно, -интенсивность поглощения влаги корнями растений .из единицы объемл в единицу временив , 2 -вертикальная координата.

Интенсивность корневого поглощения принималась зависящей от свойств и влажности почвы, а также плотности и водного потенциала корней г •

где

-капиллярно-сорбшоннкй потенциал почвенной влаги, -плотность корневой системы, -водный потенциал корней, 8 -эмпирический параметр.

В качестве начального условия для уравнения /1/ использовался измеренный профиль влажности при 1=0. Граничное условие на поверхности почвы задавалось в виде:

о 2

/3/

г-о

где Р и М -интенсивность осадков и поступления оросительных вод на поверхность почвы, Еп -испарение с поверхности почвы.В случаях, когда интенсивность инфильтрации воды ^(точву превышает ее впитывающую способность, на поверхности задавалась максимальная влатшость /полная влагоемкость/.

Расчет влагопереноса проводился при переменной мощности зоны аэрацки. На нижний границе этой зоны, совпадающей с уровнем грунтовых вод, также задавалась максимальная влажность.

Одной из трудностей, встречающихся при задании верхнего граничного условия уравнения влагопереноса, является оценка интенсивности поступления оросительных вод на поверхность почвы М . При использовании дождевальной техники трудно оценить ис -¿нкое увлатаенио всех точек рассматриваемого участка и ввиду этого приходится вводить допуцение о некотором среднем значонии М для данной площади.

Кром<? того при оценю? величины Ц многое зависит от. цели" ро-шаемой задачи, т.е. необходимо различать случаи, когда моделируется реальная обстановка при фактическом реяашо оропэнля и когда проводится оценка водного ре кила /ш его отдельного компонента/ при расчетных поливных режимах.

В настоящей модели на стадиях ее испытания при фактических ролзшах оротеш'я принималось:

-М - К5(1-1ц)П ; /4/

где П - интенсивность водоподачи, ке - коэффициент сброса оросительных вод, коэффициент, учитывающий потери воды на испарение о капель в воздухе и перехват растительностью.

При проведении численных экспериментов по опенке возвратного стока при различных ретамах орошения для расчета М использовалась модификация тепловоднобалансового метода ГГИ.

Расчет суммарного испарения основывался на полуэмпирической модели влагообмена в системе почва-растения-приземный слой атмосферы, разработанной З.П.Старцевой. В этой модели суммарное испарение рассчитывается как сумма интенсивности транспирации, определяемой как

и испарения с почвы

. /е/

где Д - коэффициент, учитывающий биологическую активность растений, -плотность воздуха. чГ - относительная плошадь листьев, 1, и 1п - температура поверхности листьев и почвы, -удельная влажность воздуха в нежлистном пространстве ({-„У"

удельная влатшость насыщения воздуха при температуре и11п соответственно, 1у - устьичное сопротивление, аэродинамическое сопротивление атмосферы, ^ - скорость ветра, и С„ - относительная влажность воздуха на поверхности почвы и коэффициент влагопереноса на этой же высоте.

Сопряжение блоков транспирации и влагопереноса в зоне аэрации осуществлялось с помощью итерационной процедуры путем подбора величины водного потенциала листьев у, которая входит в Формулу для

расчета устьичного сопротивления:

V , /а/

Ъъ-Х

где 1С -миниматьное значение ^ при полностью открытых устьичньес отверстиях, -потендаал, соответствующий влажности устойчивого завядания, ^ -параметр. Связь мевду величинами и '|*д выражалась зависимостьв:

где £к -эмпирический параметр. Итерации при этом повторяется до тех пор, пока не будет выполняться условие равенства потоков тра-нспирацм; суммарного отбора влаги корнями растений из всего расчетного слоя почвы.

С водным режимом зоны аэрации испарение с почвы связана через величину относительной влажности воздуха на поверхности почвы, которая является функцией кагиллярно-сорбционного потенциала, а, следовательно, и влажности почвы.

Для описания неустановившегося движения грунтовых вод на кая-дренье использовалось уравнение Буссг.неска в одномерной постанов-

Кб *

\ • АО/

где М -мощность штока грунтовых юд,|1 (1) -кооффишент водоотдачи /недостатка насыщения/ почвогрунта, к -коэффициент горизонтальной фильтрации, ^(^-интенсивность инфильтрациоиного питания грунтовых вод, К -горизонтальная координата.

В начальный момент времени профиль грунтовых вод задавался в виде ломанной линии, определяемой условиями:

Н(о.о)-й(о#В)-Ив.Ид| Н(о;^)еНв-Нр ■ , Д1/

гдо |'-й -мсдность почвенной толяп от дневной поверхности до водо-упора, Иг -глубина заложения дрен, & -междренное расстояние, '>'•„ -глубина до УГВ /задается по наблщениям/.

Для стыковки зон полного и неполного насыщения использовалась итерационная процедура, впервые предложенная З.Н.Демидовым. Эта процедура позволяет на каждом шаге по времени определять зна-чегае коэффициента водоотдачи и величину питания грунтовых вод. В процессе выполнения итераций выбирается такое положение границы зон, при котором абсолютное значение невязки водного баланса колонки почзогрунта, ограниченной дневной поверхностью и водоупо-ром, становится минимальным.

Расчет трансформации; дренажного стока по руслам коллекторов осуществлялся с помочью уравнений кинематической волны:

, -.¿Г , д2/

Зх г 1 где к. -глубина потока, -расход на единицу ширины русла, -интенсивность ботового притока грунтовых вод, Лит -параметры. При I а о глубина воды во всех узлах по горизонтальной оси X принималась равной нулю. Берхлее граничное условие задавалось также в виде нулевой глубины.

Поверхностный /склоновый/ сток определялся из балансового соотношения потоков на поверхности почвы:

5 = р + М-Еп-Бл-1 , лз/

где & -интенсивность отекания воды по поверхности участка, I -интенсивность инфильтрации в почву.

Величина поверхностных /транзитных/ сбросов принималась пропорциональной водоподаче:

С = ксП . /14/

Таким образом суммарный возвратный сток с орошаемой территории определяется как суша поверхностного стока, транзитных сбросов и дренажного стока.

При численной реализации модели дифференциальные уравнения интегрировались с помощью метода конечных разностей по неявной схеме. Для решения систем алгебраических уравнений, получающихся при этом, использовался метод прогонки /уравнения влагопереноса и Буссинеска/ и итерационный метод Ньютона-Ра&сона /уравнение кинематической волны/.

В четвертой главе анализируются результаты испытания модели на. примере реального орошаемого объекта.

Проверка разработанной физико-математической модели формирования во'^ратного стока проводилась по материалам комплексных вод> нобалансовых исследований экспедиции Государственного гидролог ческого института на Право-Егорлыкской оросительной сиотеме /Ставропольский край/ в 1974-76 г.г.

Испытания мэдели проводились в два этапа. На первом этапе расчеты проводились для двух отдельных орошаемых полей /1. ю'цадьп 79 и 41 га соответственно/, занятых монокультурой. Такой подход позволил выявить необходимость уточнения или упрощения выбранной отруктуры модели, проверить возможность использования тех или иню допущений, а также определить численные значения некоторых параметров модили и прозерить точность описания основных стокофорш:-румпих процессов отдельными ее блоками. Параметры модели калибровались по данным 1974 г. На поле И2 ввиду глубокого залегания грунтовых вод /до 6-7 к/ и отсутствия дренажной сети моделировались только процоссы суммарного испарения и влагопереноса в зоне аэрации. При этом расчет влажности почвы проводился при фиксированной /1 м/ глуйино, на :соторой в качестве граничнщч) уоловия задавалась измере.шая влажность, 4а рис.1 показан пример расчет

'суммарного испарения Ее и влагозапасоь в почва ^ на поле >й в сопоставлении о данными наблюдений.

1 I I-1-г

£3 40 <9

1-гео шз

1Га но

500

по «о

-

^мм ----1

I I I

_I_X.

IV

УШ

Рпс.1. Динамика измеренных /1/ и рассчитанных /2/ величин суммарного испарения и влагозапасов в слое 0-1 м; экспериментальное поле 1976 г.

Поле И характеризуется близким залеганием грунтовых вод и наличием дренажа, поэтому здесь рсчеты проводились с использоза-нием всех блоков модели.

Одной из трудноопределяемых параметров модели является фяцивнт сброса оросительных вод к.с . 3 реальной ситуации величина И.е может измениться в довольно оироких пределах и зависит, главным образом, от технологических факторов /способа полива, вида используемой техники, организации самой технологии полива и т.д/ На данном этапа расчетов к, принимался постоянных и равных среднему значении, определенному по наблюдениям за объедаш водопадам у сброса на поле )Я / кс» 0,31/.

Пример расчета по полю Й1 представлен на рис.?.

Ркс.2. Поступление осадков Р .оросительных вол М и динамика измерен нкх /1/ и рассчитанных /2/ величин дрепаяного стока , глубин УГЗ Нг, суммарного испаренияБеи влагозапзсов в почвеМ; поле Ч,1975 г

Анализ полученных результатов показывает, что модель достаточно достоверно описывает исследуемые процессы.

. 3 таблице 1 приведены данн га по объемам водопадами П „ солидарного испарения Е; , возвратного стока &г и его составляющих /сбросы С „ поверхностный & и дренатаый сток/ за вегетационные периоды по полю '51, а такиэ некоторые соотношения, характеризующие структуру возвратного стока.

Таблица 1

Результат!" расчетов по экспериментальному полю''Я.

Величины 1974 г. 197-, г.* ■ 1 1976 г. среднее зкаче ние

Ес, мм . 681 607 393

568 Ы6 443

П, мм 469 806 522

_ _

0 0 0

С, км 115 246 108

145 250 162

Уд, мм 52 39 50

50 33 38

В0, т 167 196 285 283 159 200

уд/в0 ,0,31 0,14 0.26

0,26 0,12 0,19 0,19

УД/П 0,11 0,11 0,05 0,04 0,10 0,07 0,09 0,07

Ч . 0,36 0,42 0,35 0,30 0,38 0,38

В числителе -измеренные, в знаменателе- вычислацнпе вилкчмии.

Как видно из таблицы 1, рассчитанный объем возвратного стока за расчетный период составляет, в среднем, 38% водоподачи, что неплохо согласуется с данными наблюдений /341/. Доля дре-нагаой составлявшей по результатам расчетов равна, в среднем, 19% возвпатногс стока или 1% водоподачи /по наблюдениям - 26 и 9$ соответственно/. Величина поверхностного стока как вычисленная ная, гак и измеренная, оказалась практически равной нулю, что обусловлено малыми поливными нормами, небольшими уклонами поверхности поля и хорошей впитывающей способностью почвы.

Точность вычислений по модели оценивалась по уравнению водного баланса почвенной толди от дневной поверхности до водо-упора за весь расчетный период. Невязка водного баланса для поля 41 за вегетационные периоды 1974, 75, 76 г.г. составила соответственно -4,1, -4,9 и 10,2 мм или 0,7, 0,5 и 2,1^ суммарного поступления воды на поверхность почвы /осадки плюс поливы/.

На . гором этапе модель, апробированная для двух экспериментальных полей, использовалась для оценки динамики возвратного стока с Изобильно некого орошаемого массива плодадыо 4380 га, расположьнного в ичшой части Право-Егорлыкской системы. При этом, ^вицу отсутствия данных наблюдений за объемами сброса оросительных вод с массива,/при больших площадях вследствие значительной трудоемкости инструментального определения отдельных составляющих возвратного стока измеряется только сутлмарный сток/ величина кс принималась такой псе, как и для экспериментальное поля .'Я на первом этапе.

В качестве примера на рис.3 показано поступление осадков и оросительных вод и гидрографы возвратного стока с массива в 1976 году с выделением дренажной составляющей.

40 го о

Loi

И

L ✓

ОД

Q-1 D-2

Рио.З. Поступление осадков /1/, оросительных вод /2/ и гидрографы возвратного стока с йзобильненского массива: 3 -измеренный, 4 -рассчитанный при к,-fûf.it( 5 _то т при kç ke(t) t б - дренаетая составляетая. Таблица 2 характеризует данные по объему и структуре возвратного стока с Изобильненекого массива за вегетационный периоды отдельно по каждому году наблюдений.

Таблица 2

Результаты расчетов возвратного стока с Изобилышкского массива.

Год п, Уд- V Ч /ц Вс/

мм ММ мм

1974 251 36 115 0,31 0,14 0,46

113 0,32 0,45

1975 429 41 147 0,29 0,10 _0.34

174 0,24 0,41

1976 вел 98 _348_ 0,28 0,16 0,5g

284 0,34 0,47

Сроднее значе:п№ 0,29 3,13 _014g

0,30

1 ч-.'.сл.чгзл': ) -измеренные, в зчаменатм.е -рассчитзннкр № личины.

Вычисленные объемы возвратного стока с массива составляют от 41 «о 4?^ водоподачи, по данным измерений эта величина колеблется от 34 до 58^. Доля дренажной составляющей изменяется от 24 до З4'з рассчитанного возвратного стока или от 28 до Ъ\-% измеренного. От 10 дс 1 &/, подаваемой на массив оросительной воды стекает обратно подземным путем по дренам.

Анализ полученных на данном этапе результатов позволяет сделать вывод, что, несмотря на наличие существенных расхождений между измеренными и рассчитанными величинами возвратного стока в отдельные периоды, модель пригодна для описания формирования воз вратнрго стока с крупного орошаемого массива.

Одной из главных причин несоответствия вычисленных и измере ных величин является, видимо, принятое в модели предполотание о постоянстве во времени коэффициента сброса оросительных вод к.

Влияние изменчивости указанного коэффициента на результаты расчетов можно проиллюстрировать, сравнивая гидрографы водоподачи и измеренного стока /см. рис.3/. Например, начиная с конца апреля и ю конца второй декады мая при значительных величинах водотх/ачи на массив зафиксирован небольшой сток. И, наоборот, в последнюю декаду мая наблюдался значительный сток при малых величинах водоподачи. Интересно заметить, что в конце вегетационного периода, когда подача оросительных вод била сравнительно небольшой, но имели..ыесзо значительные осадки, и, следовательно сток с массива был образован, в основном, дренажными водами, : о-лучено более точное совпадение наблюденного и рассчитанного гидрографов.

Выявлено такж, что во все три года в начале оросительного периода наблюдается значительный сток, сопоставимый иногда с вода подачей, что, видимо, объясняется неэффективным использованием воды в этот период /поливы проводятся со значительными сбросами/

Характерным является так'<а то, что гидрограй измеренного стока имеет форму с более ярко выраженными колебаниями при значительных амплитудах, тогда как рассчитанный гидрограф имеет более .сглатанную Форму при меньших амплитудах колебания, что объясняется использованием в расчетах постоянного коэМяциента

В пятой глапе рассматриваются возможности практического использования разработанной 'Ъизико-матеч'.агнческой модели нормирования возвратного стока.

Одной иг таких возможностей является приближенная опенка л 1-нзмики минерализации возвратных вод с целью выявления возможности их повторного использован!. 1 для орошения и промывок. Для реализации этой задачи использовался уточенный подход, основанн:'Я на предполо.тенки, что динамика минерализации возвратных вод в течение вогзтационного периода определяется, главным образом, соотношением величин составляющих суммарного стока. Иначе говоря, минерализация в замыкающем створе рассчитывалась как средневзвешенное значение минерализации дренатаой, поверхностной и сбросной составляют« возвратного стока. Последние, в свою очередь, определялись как произведения минерализации подаваемой на орошение воды на некоторый эмпирический коз, лциент, показывающий изменение содержания растворенных веществ в воде за счет обогащения по пути движения по каналам, вымывания из цочвогрунтов и т.д.

Численные значения этих коэффициентов, найденные путем анализа данных гидрохимических наблюдений на Кзобильненском массиве, равны 14,5 для дренажного стока и 1,47 для сбросных вод. Выявлено, что в течение вегетационного периода возвратные воды имеют наибольшую минерализацию в начале и конце периода, когда сток сформирован, в основном, дренажными водами. В период массовых пс-ггавов минерализация возвратного стока снижается за счет разбив -пения пресными сбросными водами, что делает1 его впвлно пр^одшк

- АО -

для орошения и промывок.

Средние значения рассчитанной минерализации возвратного стс ка за вегетационные периоды 1974, 75, 76 г.г. составили соответственно 2,891, 1,813 и 2,111 г/л и оказались достаточно близкими к данным наблюдений: 2,686, 2,032 и 1,400 г/л.

В качестве другого примера практического приложения модели приг оятся результаты исследований по оценке составляющих возвратного стока, а так-то других элементов гидрологического режима территории: 1. при различных ре.тамах орошения; 2. при разных параметрах коллекторно-дренатаой сети; 3. при различных .технологиях полива, имея в виду, что при этом задаются соответствующие значения коэффициента сброса оросительных вод.

Для случая 1 численные эксперименты проводились при следую-дих режимах орошения: фактическом /измеренном в реальных условиях/, рекомендуемом в литературе, рассчитанном по тепловодноба-jkihcoboMj методу ГГИ и при отсутствии орошения. При этом для уд< бства сравнения моделировались условия поля для сухого /1974, среднего /1975/ и влажного /1976/ г.г. Результаты проведенных экспериментов показывают, что при соблюдении оптимальных /рассчитанных/ режимов орошения объем дренажного стока для условий рассматриваемого объекта может быть снижен, в среднем, на 2Ъ% п сравнению с тем, который имеет место при фактическом поливном, р жиме. При этом влагозапасы в расчетном слое почвы в течение вегетационного периода находятся в заданных оптимальных продела-и не происходит опасных подъемов грунтовых вод выше их критичес кого ypoiv:.

Для исследования влияния изменения параметров ВДС на объем и динамику суммарного возвратного стока я его дренатаой составляющей проведены две серии численных экспериментов для условий Изобильненского массива: при различных значениях глубины зало-

жения ВДС и разной густоте этой сети. Результаты экспериментов свидетельствуют, что связь повышения объемов дреначного и суммарного возвратного Вс стока с увелзгчением глубины заложения дрен близка к линейной, а связь снижения величин Уд и Вс с увеличением мездренного расстояния - к экспоненциальной.

Была также сделана попытка учесть Елияние временной изменчивости коэффициента сброса. При этом сначала по данным наблюдений за 1975 г. обратным путем был определен хронологический ход /как отно:шниь разности измеренного общего возвратного и рассчитанного дренажного стока к водоподаче/. Затем эти данные использовались для расчетов по другим го'^м.'т.е. делалось предположение з трансформации хронологического хода коэффициента сброса из года в год. Исследования показали, что при таком способе задания з целом получается незначительное повышение точности расчетов по сравнению с таковыми при Sl„ = coait , хотя гораздо более точные результаты получены для начала оросительного периода /см. рис.3/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложена, численно реализсзана и апробирована Физико-тематическая модель Формирования возвратного стока, основанная ta использовании доступной arpo- и гидрометеорологической кн^ор-иши и учитывающая пространственно-временную изменчивость хп->актвристик орошаемой территории. Разработанная модель учитывает сновные процессы, влияпцие на величину возвратного стока: вер--икальный влагопереноо в зоне аэрации с учетом влияния корневой метены, испарение вода лочвой и транспирашп растениями, движе-ие грунтовых чод, формирование повсрхнеотно-сбросчого и драна?.-ого стока и его транйормачдо в коллекторной сети.

2. Разработанная модель Формирования возвратного стока-ис-пытана по материалам натурных наблюдений на Право-Кгбрлыкской оросительной .системе на Северном Кавказе. Проверена возможность использования модели для отдельных орошаемых полей, занятых монокуль туэой, и для крупного массива.

3. На примере Изобильненского орошаемого массива проведена оценка величин суммарного возвратного стока и его составляющих, что позволило дополнить и уточнить имеющиеся данные по рассматриваемому району. Объем возвратного стока с Изобильненского массива за вегеташонный период составляет в среднем 41-47? водопа-дачи, из которых от 24 до 34'£ приходится на долю дренагетой составляющей, Для условий отдельного орошаемого поля объем возвратных вод равен в среднем 35-42? водопадачи; от 12 до 26% возвратных вод стекает подземным путем по дренам.

4. Показана возможность использования разработанной модели формирования возвратного стока для приближенной оценки, выноса растворенных веществ с орошаемой территории с возвратными вода!,м .

5. ЛроЕеденн исследования с помоцью предложенной модели по 1

оценке' составляющих возвратного стока и других элементов гидрологического режима территории /динамика УТВ и влагозанасов в по' ве/ при различных режимах орошения.1' Результаты численных экспериментов показывают, что при соблюдении оптк.ильноаЮ /рассчитан кого/ речаша орошения объем дренажного стока для условий расгма1 ривааюгэ района мокет быть уменнен в среднем на 25% по сравнению с тем, который имеет место при фактическом поливном ракимз.

6. ПроЕедена оценка влияния измонэшш параметров коллектор ко-дрекаетой сета /глубина заложения и мездренное расстояние/ н объемы и динамику суммарного возвратного с:ока и его составляющих.

Основное содержание диссертации из лсд но з слодугамх работах:

1. Махов А.Ж. Моделирование сгоуд возвратных вод при оропенил. -Всесоюзная конференция "Современные проблемы плакирования и управления водохозяйственными системами". Новочеркасск, 1990 г. -Новочеркасск.: НП0"Югмелиорация", 1990.- С.ИЗ.

2. Махов АЛ. Моделирование процессов формирования возвратного стока // Мелиорация и водное хозяйство. 1990. .'512.- С.12-15.

3. Махов А.К. ■¿изико-матэиатичоскал юдоль водного режима ороиа-

____ Турм. (£0_

Ретепретт Уггрлпмтъ стеткггия КЗАССР