Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Моделирование влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Моделирование влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении"

на правах рукописи

АБДУЛАЕВ АБСАМАТ

ГГо ОД - а И-0.1 Ж*

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛАГО - И ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ПОЧВОГРУНТАХ ПРИ ОРОШЕНИИ

Специальность 06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костякова и в Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры.

Научный руководитель - академик РАН, доктор технических наук, профессор М.Г. Хубларян

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Д.А. Манукьян

- кандидат технических наук JI.K. Левит-Гуревич

Ведущая организация - АООТ" Кыргызводпроект"

Защита состоится 22 июня 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 02605.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, ул.Большая Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ.

Автореферат разослан " _2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук ? ^^^ Е.Л.Ворожцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуатьность темы. Переход Кыргызстана на рыночную экономику привел к проблеме переформирования существующих хозяйственных структур регионов республики по требованиям новых форм хозяйствования. При этом возникла необходимость решить организацию территорий вновь формируемых хозяйств и на ее базе реконструировать внутрихозяйственные оросительные системы. Для этого потребовались проведение системного анализа нынешнего их состояния и в результате анализа выдать научно-обоснованные руководящие документы для проектирования оросительных систем при оправданных затратах на их строительстве и эксплуатацию.

При проектировании первостепенной задачей является выбор эффективных параметров оросительных систем, обеспечивающих на орошаемых полях поддержание в оптимальных сочетаниях режимов основных факторов жизнедеятельности растений в течение всего вегетационного периода с целью получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Среди основных факторов в засушливой зоне важную роль играют водный и тепловой режимы почвогрунтов, которые в основном определяют судьбу урожая орошаемых культур. Это объясняется тем, что внутрипочвенные процессы находятся в тесной связи с погодными условиями и в зависимости от их поведения устанавливается потребность в проведении соответствующих мелиоративных воздействий на сельскохозяйственном поле. Поэтому прогнозирование совместного водно-теплового режима почвогрунтов занимает особое место при обосновании параметров оросительных систем на стадии проектирования, ошибочный выбор которых может привести к негативным эколого-физиологическим последствиям.

В настоящее время эффективным средством описания процессов, происходящих на орошаемых полях, является метод математического моделирования. Он на базе новейших компьютерных техники и технологий стал одним из наиболее универсальных способов познания законов реального мира и их использования в практической деятельности людей, и совершенно незаменим, где проведение большего числа натурных экспериментов затруднено, либо вообще невозможно.

Поэтому разработка более совершенных математических моделей, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения, влияющих на формирование урожая сельскохозяйственных культур, становится актуальной.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработать на базе современной теории влаго- и теплопереноса в почвогрунтах метод прогнозирования водно-теплового режима почвогрунтов применительно к различным способам орошения. Чтобы достичь намеченной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

создание в двумерной постановке математических моделей влаго- и

теплопереноса в почвогрунтах, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения;

разработка алгоритмов численного решения поставленных задач; проверка адекватности предложенных математических моделей и определение диапазона применимости численных алгоритмов на основе испытания и практического использования их на конкретных задачах оросительной мелиорации;

разработка методики расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

Методика исследований. В качестве методической основы решения поставленных задач приняты методы математического моделирования. При этом для создания математических моделей процессов влаго- и теплопереноса в почвогрунтах использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований ученых стран СНГ и зарубежа в области теории фильтрации, физико-химической гидродинамики и теории тепло- и массоперсноса в пористых средах. Для разработки численных алгоритмов применен метод конечных разностей, который является достаточно универсальным и мощным средством для реализации сложнейших математических моделей на современных ПЭВМ.

Проверка адекватности предложенных математических моделей осуществлялась путем сопоставления численных результатов с натурными данными, полученными автором и сотрудниками Кыргызского научно-исследовательского института ирригации.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Создана математическая модель двумерного влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении, обобщающая ранее известные результаты и позволяющая более полно учесть специфику способов орошения.

Разработаны алгоритмы численного решения поставленных задач и на этой основе проведен вычислительный эксперимент.

В результате проведенных исследований разработана методика расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

Практическая значимость. Предложенная методика расчета позволяет прогнозировать водно-тепловые режимы почвогрунтов в различных способах орошения и может быть использована для обоснования оптимальных параметров проектируемых оросительных систем; для управления орошением при эксплуатации автоматизированных оросительных систем; для установления режимов водопотребления на орошаемых полях при составлении внутрихозяйственного плана водопользования в районных управлениях оросительных систем; для оценки влияния орошения на грунтовые воды при решении задач мелиоративной гидрогеологии; для обоснования необходимости мелиоративных воздействий; для определения в оптимальных сочетаниях элементов техники полива по бороздам.

Реализация работы. Результаты исследований использованы: институтом «Киргизгипроводхоз» в рабочих проектах "Карабалтинская оросительно-осушительная система Калининского района" и "Комплексная реконструкция орошаемых земель в колхозе имени У.Салиевой Наукатского района" при обосновании параметров системы поверхностного орошения и осушительно- увлажнительной сети;

в ПКТИ "Водавтоматика и метрология" при разработке рабочего проекта "Понижения уровня грунтовых вод с. Кыз-Арт Жумгальского района" для прогнозирования динамики понижения уровня грунтовых вод в условиях работы проектируемого горизонтального дренажа.

На основании проведенных исследований разработан пакет прикладных программ для ЭВМ и передан в ОФАП ПКТИ "Водавтоматика и метрология".

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математические методы гидрогеологических процессов" (Новосибирск, 1984), Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация водораспределения на оросительных системах в целях экономии и охраны водных ресурсов" (Фрунзе, 1984), Республиканской научно-технической конференции молодых ученых "Совершенствование проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1986), Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1988), 1-ой, 2-ой и 3-ей научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов КАСИ (Бишкек, 1993, 1994, 1996), Международной научно-практической конференции "Проблемы механики и прикладной математики", посвященной памяти профессора Ф.И. Франкля (Бишкек, 1995), 4-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов КГУСТА (Бишкек, 1999).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 147 наименований. Она изложена на 121 страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы, 18 рисунков.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований. В виде аннотации приведено краткое содержание диссертационной работы по главам.

В первой главе излагаются состояние вопроса об исследовании водно-теплового режима почвогрунтов на орошаемых землях Кыргызстана и краткий обзор по математическому моделированию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах.

Анализ опубликованных работ и отчетов о научно-исследовательской работе за последний 30 лет, посвященных данному вопросу, показал, что

водный и тепловой режимы почвогрунтов изучены раздельно. При изучении водного режима почвогрунтов в центре внимания многих ученых была проблема повышения эффективности орошения при различных гидрогеологических, климатических и рельефных условиях. В результате многолетних исследований разработаны ресурсосберегающие технологии орошения, применимые к конкретным условиям местности, и проведено районирование орошаемых земель республики по способам орошения. Изучено влияние различных способов орошения на урожайность и качества продукции сельскохозяйственных культур, грунтовые воды, водно-физические и химические свойства почвогрунтов.

Различным аспектам решения данной проблемы посвятили свои труды М.И.Каплинский, Дж.А.Суюмбаев, Б.Г.Коваленко, И.К.Дуюнов, Ж.Акималиев, Т.Юсупов, В.И.Костюк, А.О.Налойченко, Р.И.Горбачева, Г.Л.Журавская, К.М.Кулов и другие.

Тепловой режим почвогрунтов в условиях Кыргызстана не достаточно исследован. Этим вопросам посвящены всего лишь работы Т.А.Куликова и О.Отунчиева. В работах Т.А.Куликова изучены тепловые характеристики серозема и сазовой почвы в условиях Чуйской долины. Труды О.Отунчиева посвящены вопросам регулирования температурных условий в почвогрунтах при использовании способа междурядного мульчирования полиэтиленовой пленкой.

Обзор работ, посвященных водно-тепловому режиму почвогрунтов, показывает на необходимость совместного изучения поведения переноса влаги и тепла в почвогрунтах при орошении. При этом указывается, что в связи с отсутствием финансовые средства в Кыргызстане на дорогостоящие экспериментальные исследования для изучения совместного водно-теплового режима применяется методы математического моделирования на базе теории влаго- и теплопереноса в почвогрунтах.

Далее в работе содержится краткий обзор работ по математическому моделированию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах, где приводятся основные подходы к математическому описанию процессов влаго- и теплопереноса в капиллярно-пористых средах и их приложения в задачах мелиорации.

Анализ литературы показывает, что первая формулировка уравнения неизотермического переноса влаги в капиллярно-пористых средах принадлежит А.М.Лыкову (1951). Его теория основывается на экспериментальных законах тепловлагопроводности и состоит во введение температурного и обобщенного потенциала, позволяющих записать уравнения переноса тепла и влаги с эмпирическими коэффициентами, зависящими от температуры, влагосодержания и фазового состава влаги. По Лыкову, перенос влаги в капиллярно-пористых телах обусловлен капиллярным перемещением, диффузионным переносом пара и термодиффузионным переносом жидкости или пара, так что суммарная плотность потока влаги представлена в виде

суммы двух слагаемых, одно из которых пропорционально градиенту влагосодержания, другое - градиенту температуры. При этом капиллярно-пористая среда считается однородной, и пренебрегаются гравитационным потоком и эффектами Соре.

Таким образом, в теории неизотермического переноса влаги Лыкова рассматривается паро-диффузионный и молекулярно-капиллярный перенос влаги, действующей силой которых является градиенты влагосодержания и температуры.

А.В.Лыков уравнение теплопереноса получает из уравнения переноса внутренней энергии, которое складывается из теплопроводности, конвекции и потока, вызванного фазовых переходов.

Позднее J.R.Philip и D.A. de Vries (1957) выдвинули свою концепцию о влаготеплопереносе в почве. Они предположили, что суммарный поток влаги в почве под действием градиента температуры складывается из классической диффузии пара, не осложненной взаимодействием с жидкостью, жидкостной термовлагопроводностью, связанной с термокапиллярными явлениями, и из потока, вызванного взаимодействием диффундирующего внутри пор водяного пара с менисками жидкости на стыках частиц. При этом почва считается однородной, в процессе переноса не деформирована и не имеет гистерезиса. Концентрация растворенных веществ нулевая во всей области переноса. Воздух в порах не защемлен и его давление равно атмосферному.

В теории Филипа и де Фриза рассматривается пародиффузионный и термокапиллярно-менисковый перенос почвенной влаги, действующей силой которых является градиенты влажности и температуры. Здесь плотность теплового потока складывается из теплопроводности почвы, переноса скрытой теплоты парообразования и переноса тепла в парообразной и жидкой форме. При этом главную роль играет теплопроводность, остальные члены приводятся как дополнительные поправки к нему. Далее, было принято, что перенос тепла конвекцией и радиацией пренебрежимо мал.

Детальный анализ теории неизотермического влагопереноса Лыкова, Филипа и де Фриза проводил А.М.Глобус (1983). При этом им приводится обширный экспериментальный материал с целью изучения достоверностей их рассуждения о влагопереносе. Эти теории анализируется также В.Новаком (1981), Е.М.Гусевым (1981), Г.А.Трубачевой (1985). В этих работах отмечаются, что в уравнениях А. В. Лыкова , Филипа и де Фриза в качестве одной из термодинамических сил выбран градиент влажности, и следовательно сама влажность выступает в виде некоторых потенциалов. Такой выбор неудобен при описании системы, где давление зависит не только от влажности, но и от пространственных координат. Поэтому эти уравнения не применимы при влажностях, близких к полному насыщению, где дифференциальная злагоемкость становится неопределенной, и для описания влагообмена в :лоистом профиле, поскольку непрерывным является лишь поле потенциалов, -to не поле влагосодержания, что свидетельствует о пространственной

неоднородности структуры. В энергетическом балансе учитывается теплота смачивания, что соответствует предположению о различии энтальпии в жидкости в объеме и в пристенных слоях, т.е. учитывается механокалорический эффект. Вместе с тем, сопряженное с ним явление термоосмоса в теории не учитывается. Не учитывается в энергетическом балансе поверхностная энергия на границах раздела «жидкость - газ», «твердое тело - жидкость» и избыточная энергия пленочной влаги. В своих построениях эти теории основываются на уравнении баланса объемной части энтальпии.

Появились работы Ю.М.Денисова (1978, 1984), В.М. Ентова, А.Ф.Зазовского, Нгуен Дык Ну (1985), в которых движения жидкости в ненасыщенной пористой среде анализируется на основе механики гетерогенных сред. Механика гетерогенных сред строится на основе физических законов сохранения массы, импульса и энергии. Поэтому записываются балансовые соотношения массы, импульса и энергии для каждой составляющей в некотором фиксированном пространстве в объеме смеси v, ограниченном поверхностью Б, учитывая при этом обмен (взаимодействия не только с внешней (по отношению к выделенному объему у) средой, но и соответствующий обмен (взаимодействие) массой, импульсом и энергией между составляющими внутри объема v.

Исследуемая система гетерогенных сред рассматривается как непрерывная среда, состоящая из конечного числа фаз, различающихся физическими свойствами и граничащих между собой по четко выраженной поверхности раздела. Формализация при описании движений фаз основано на кинетике, уравнениях баланса и в наборе конститутивных соотношений. При этом если полагать, что свойства фаз и смеси изотропными, то получим линейные феноменологические соотношения.

В представленные соотношения входят пятнадцать независимых неотрицательных феноменологических коэффициентов, которые зависят от свойств фаз и структуры смеси и должны определяться из эксперимента или детального анализа микродвижений (Е.М.Гусев, 1981).

Среди них наиболее логически законченной выглядит модель Ю.М.Денисова, в которой принятие автором ряда гипотез позволило конкретизировать специфику физических свойств каждой фазы, а также геометрическую структуру смеси.

Однако, несмотря на достигнутые успехи, в модели Ю.М.Денисова существуют некоторые неясности по поводу принятых им гипотез и схематизации композиции фаз, которых необходимо уточнить. При получении системы уравнений энерго- и массообмена использовалось уравнение баланса тепла, а не закон сохранения энергии.

С.В.Нерпиным и Г.А.Трубачевой (1984) разработана общая теория влаго-и теплопереноса в почвогрунтах, наиболее полно учитывающая специфические для почв поверхностные явления. В их работах отмечается, что особенностью почвы как системы, в которой протекают процессы энерго- и массообмена,

являются иерархичность и подвижность ее структуры, многокомпонентность состава и многофазность состояния. Описание поведения такой системы в общей постановке представляет чрезвычайную сложность, неоправдываемую современным возможностям математического анализа, в том числе и возможностями вычислительных методов. Поэтому рассматриваются процессы взаимосвязанного переноса влаги и тепла в почве при следующих допущениях: структура и плотность «скелета» почвенных частиц в рассматриваемом диапазоне влажности принимаются неизменными; воздух и растворенные вещества рассматриваются как «инертные» компоненты, не создающие термодинамических сил, влияющих на процессы переноса; свойства конденсированной влаги считаются одинаковыми во всем пространстве, включая и пристенные слои; степень неравновестности процессов такова, что в пределах рассматриваемых элементарных частей пространства могут использоваться условия локального равновесия. С учетом этих допущений получена система уравнений баланса массы, механического движения и баланса внутренней энергии.

Вышеприведенные подходы к математическому описанию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах использованы для решения различных гидромелиоративных задач. При этом возникла необходимость определения основных гвдротермофизическйх характеристик.

Решению данного вопроса посвящены труды С.Ф.Аверьянова, Г.И.Афанасика, Н.Ф.Бондаренко, А.И.Будаговского, В.В.Ведерникова, Е.П.Галямина, В.Р.Гарднера, А.М.Глобуса, А.И.Голованова, В.Я.Кулика, Д.А.Куртенера, A.B. Лыкова, Н.А.Муромцева, С.В.Нерпина, Б.Ф.Никитенкова, Л.М.Рекса, Б.А.Файбишенко, Э.Чайлдса, Дж.Р.Филипа, Д.А. де Фриза,

A.Ф.Чудновского, А.М.Якиревича и многих других исследователей.

Применение теории влаго- и теплопереноса в почвогрунтах к решению

различных задач мелиорации разрабатывались В.Д.Алешиным, Г.И.Афанаси-ком, А.И.Будаговским, М.П.Галанином, Л.А.Коваль, М.Я.Кузнецовым, Д.А. Куртенером, В.Н.Лыкосовым, Е.И.Мигуновой, С.В.Нерпином, Б.Ф.Никитен-ковым, Ю.М.Никольским, Л.М.Рексом, В.А.Романовым, О.В.Рымшином, Р.Г. Палагиным, Л.Г.Поповым, Г.А.Трубачевой, М.Г.Хубларяном, И.Б.Циприсом,

B.Е.Шадиловым, А.М.Якиревичем, А.И.Якобсом и др.

Анализ литературы показывает, что существующие до сих пор математические модели имеют одномерный характер.

Однако, на практике часто приходится решать задачи в двумерной постановке, где существующие модели не применимы. В этой связи нами поставлена задача создать в двумерной постановке математическую модель влаго- и теплопереноса в почвогрунтах, обобщающую ранее известные результаты и позволяющую более полно учесть характерные особенности различных способов орошения.

Вторая глава посвящена описанию созданной в работе двумерной модел! влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении и алгоритмы численногс решения поставленных задач.

В качестве основы математической модели взяты уравненш гидротермодинамики почвенной влаги, зависимости для кинетически) коэффициентов и уравнения состояния почвенной влаги, полученные в работа> С.В.Нерпина и Г.А.Трубачевой (1984, 1985).

Исследованиями многих ученых показано, что в естественных условия? поверхность почвы в увлажненном состоянии после выпадения дождей ил1 поливов сохраняется сравнительно непродолжительное время. Поэтом) большую часть времени поверхность почвы находится в подсохшем состоянии и парообразование происходит на некоторой глубине почвогрунта.

Перенос парообразной влаги практически ощутим только е приповерхностном слое почвогрунта, в более глубоких слоях им можне полностью пренебречь. Поэтому можно применять приближенный метод оценки влияния переноса влаги в парообразном состоянии на водный и тепловой режимы почвогрунтов включая его в состав функций источников (стоков) уравнений влаго - и теплопереноса в почвогрунтах.

Итак, процессы влаго- и теплопереноса в почвогрунтах описываются дифференциальными уравнениями в частных производных второго порядка:

gP = dvx 8\ dt дх ду

dt дх{ дх] ду

, зт I г эт _ ат

А,— -Chvv — + Chvv--FT

ду J Ь * дх b у ду т

(1)

0 < х < Lx, 0 < у < Ly, t>0

здесь

t - время; х, у - горизонтальная и вертикальная координаты отсчета соответственно; Р = Р(х, у, t) - давление почвенной влаги при Р<0, напор водоносного горизонта при Р>0 и уровень грунтовых вод при Р=0; , \ 5W

ц = ц(Р) =- - капиллярная влагоемкость почвогрунтов при Р<0, ц - 0 при

ЭР

Р>0; W = W(P) - влажность почвогрунтов; Т = Т(х, у, t) - температура почвогрунтов; Fp = Fp(P, у) - функция, учитывающая поглощение влаги корнями растений и влияние внутрипочвенного переноса парообразной влаги; Сь = const - объемная теплоемкость воды; = X(W) - объемная

теплоемкость и коэффициент теплопроводности почвогрунтов соответственно; К = К(Р, у) - коэффициент влагопроводности при Р < 0 и коэффициент

фильтрации при Р > 0 почвогрунтов соответственно; Кт = Кт(Р,Т) -соэффициент термовлагопроводности почвогрунтов; ух, уу - потоки влаги в ючвогрунтах по горизонтали и вертикали соответственно;

Область исследования рассматриваемой задачи представляет собой прямоугольник, на границах которого принимаются различные краевые условия в зависимости от конкретных гидромелиоративных, метеорологических условий на сельскохозяйственном поле и применяемых :пособов орошения. На верхнем левом угле прямоугольника расположен начало координат х=0, у=0 и ось у направим вниз, а ось х - направо. Тогда верхняя граница прямоугольника (у=0 , 0 < х < Ьх) является связующим звеном почвенного покрова с атмосферой.

Общий вид краевых условий принимает вид:

Р(|к| + Кт^-уаК

= Ха(х)Р~ga(x), ха=0 или Lx, 0<х <Lx, t >О

(2)

ху <Lx,t>0

Pb^-CbVy^XaixjT-g^x), ха =0 или Lx, 0<

а = 1 или2; у=3-а; xt = х; х2=у; 9,= 0 для а = 1; 02 = 1 для а = 2.

При определенном выборе Ра, ga, Ха»Ра> Sa' Ха на

сторонах прямоугольника соответствуют краевым условиям 1, 2 или 3 рода. Начальные условия для системы (1) задаются в виде:

Р(х,у,о) = Рн(х,у), Т(х,у,о) = Тн(х,у), 0< х < Lx, 0<y<Ly, t>0

Рассматриваемая система уравнений (1) вместе с соответствующими граничными и начальными условиями (2) - (3) решается численно методом конечных разностей, который является достаточно универсальным и мощным средством для реализации сложнейших математических моделей на современных ПЭВМ.

Для получения разностного аналога дифференциальных уравнений и их краевых, начальных условий (1)-(3) нами использован интегро-интерполяционный метод, в котором всегда обеспечиваются требования однородности и консервативности разностных схем.

В книгах А.А.Самарского и Е.С.Андреева (1978), Г.И.Марчука (1988) излагаются экономичные методы решения разностных задач математической физики. В настоящее время существует много работ, подтверждающих эффективность этих методов при решении различных гидромелиоративных задач. В частности, В.И. Сабинин (1980) утверждает, что метод неполной

факторизации при решении двумерной задачи о горизонтальном дренаж является эффективным по сравнению с попеременно-треугольным методом : методами переменных направлений и Ричардсона. В.В. Лычман (1985 применил усовершенствованный вариант попеременно-треугольного метод для решения задач фильтрации и влагопереноса в многослойных почвогрунта при работе систематического горизонтального и вертикального дренажа. I работах С.Т.Рыбаковой, И.О.Юшманова, В.С.Борисова и многих други: отечественных и зарубежных ученых для решения разнообразных по своем; характеру гидромелиоративных задач использованы различные варианть метода переменных направлений.

По нашему мнению, при решении нестационарных зада1 внутрипочвенного влаго- и теплопереноса со смешанными граничным! условиями на неравномерной сетке наиболее эффективным являете; попеременно-треугольный метод, предложенный А.А.Самарским и развитый I работах А.Б.Кучерова, Е.С.Николаева, М.М.Макарова, В.В.Лычмана.

В данной работе при решении поставленных задач попеременно-треугольным методом использована априорная информация, полученная В.В.Лычманом.

Разработанные численные алгоритмы использованы для решения различных задач оросительных мелиораций и на основе вычислительногс эксперимента определены на этих задачах диапазоны их применимости.

В третьей главе излагаются результаты полевых исследований, проведенных автором в условиях Чуйской долины Кыргызстана и расчетоь влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при подпочвенном орошении и поливе по бороздам.

С целью получения исходных данных, необходимых для реализации предложенной математической модели двумерного влаго - и теплопереноса в почвогрунтах и сопоставления численных результатов с экспериментальными данными автором в течение трех лет проведены полевые исследования. Сопоставление производится с целью проверки адекватности разработанной математической модели.

За объект исследования выбран Каиндинский опытный участок, расположенный в зоне выклинивания и неглубокого залегания грунтовых вод Чуйской долины. На участке действует осушительно-увлажнительная сеть на фоне четырех закрытых горизонтальных дрен с междренным расстоянием 200 и 220 м. Диаметр дрен 146 мм. Расстояние между смотровыми колодцами, где установлены водорегуляторы, составляет 100 м. Протяженность дрен - 1100 м. Дрены-регуляторы заложены на глубине 2,5 м с уклоном 0,003. Общая площадь участка составляет 100 га.

Почвогрунты опытного участка, как и всей сазовой зоны Чуйской долины, в основном лугово-сероземные и лугово-болотные. На глубине 1,0-1,5 м от поверхности встречаются песчаные линзы, с 4-6 м суглинки подстилаются супесчаными прослойками. С глубины 8-12 м суглинки переходят в супеси,

песок и галечник различной крупности. Содержание гумуса в пахотном слое колеблется в пределах от 1,8 до 4,0 %. Гумусный слой имеет мощность 30-40 см. Луговые почвы имеют слабую обеспеченность подвижными фосфатами (Р205) и нитратами (ИОз), содержание которых колеблется в пределах от 0,3 до 4,6 мг на 100 г почвы. Плотность верхнего 2-х метрового слоя в среднем составляет 1,10-1,45 г/см3, а на глубине 3,0-4,5 м она увеличивается до 1,5-1,67 г/см3. Плотность скелета равна 2,54-2,68 г/см3. Пористость почвогрунтов по профилю изменяется от 52,6 до 46,8 %. Наименьшая влагоемкость почвогрунтов до глубины 2 м колеблется в пределах 39,6-35,1 % по объему и 30,4-26,2 % от массы сухой почвы, а в метровом слое до 38,0 %. Влажность начального завядания растений на тяжелых суглинках колеблется от 17,2 до 15,8 %. Почвогрунты опытного участка незаселенные. Плотный остаток в метровом слое колеблется от 0,061 до 0,098 % от массы сухой почвы. По профилю резких колебаний солевого состава не наблюдается.

Грунтовые воды в основном пополняются за счет подпитывания подземными водами нижних горизонтов, инфильтрации оросительных вод и асмосферных осадков. Основное направление грунтового потока с юго-востока на северо-запад со средним уклоном 0,003. В водном балансе для зоны выклинивания и неглубокого залегания грунтовых вод основная роль в приходных статьях принадлежит напорному подземному притоку, величина которого составляет 4-16 тыс. м3/га, а в расходных статьях - суммарному испарению-(6,0-7,5тыс.м3/га). Дренированность почвогрунтов здесь сравнительно высокая и составляет 4000-6000 м3/га в год. Грунтовые воды пресные (0,3-0,5 г/л) и имеют ирригационно-климатический тип режима.

Коэффициент фильтрации верхнего метрового слоя почвогрунтов изменяется от 1 до 1,5 м/сут в горизонтальном направлении и от 0,1 до 0,2 м/сут - в вертикальном. Вертикальный коэффициент фильтрации почвогрунтов глубже 1 м меняется неравномерно: верхняя часть (суглинки с наличием супеси) на глубине 1-5 м имеет Кф = 0,63-0,70 м/сут, средняя часть (более плотная) на глубине 5-8 м - Кф = 0,015-0.023 м/сут и нижняя часть (с наличием супеси) на глубине 8-12 м - Кф, возрастает до 0,4 м/сут.

Полевые исследования включали в себя наблюдения за режимами влажности и температуры почвогрунтов, давления почвенной влаги, уровней грунтовых вод, суммарного испарения, напоров водоносного горизонта и дрены в течение всего вегетационного периода. Данные по водно-физическим и химическим свойствам почв и физиологию корневой системы растений взяты из результатов исследований, проведенных одновременно на этом участке сотрудниками ВНИИКАМС А.О Налойченко и С.М.Абрамовым.

Режим влажности почвогрунтов изучался термостатно-весовым методом по общепринятым методикам. Отбор проб производился один раз в неделю на горизонтах 0; 10; 20; 30; 45 и далее через 15 см до уровня грунтовых вод в трехкратной повторности. Допускалось относительное расхождение влажности между повторностями не более 5 %. Определение запасов влаги в почве

I- осадки, и - освежительные поливы.

Рис. 1. Сезонный ход уровня грунтовых вод, средних влажности и температуры почвы на глубине 0-20 см, суммарного испарения, атмосферных осадков и освежительного полива.

сводилось к послойному вычислению ее содержания. Напоры водоносного горизонта и дрены, а также уровень фунтовых вод наблюдались в специальных шурфах, расположенных над дреной и на расстояниях 18; 41; 100 м от нее. Суммарное испарение определялось методом теплового баланса. Для этого проводились сопутствующие наблюдения на специально оборудованной метеорологической площадке. Давление почвенной влаги измерялось тензиометром на разном удалении от дрены три раза в день (в 7; 13 и 19 ч.) на глубинах 30; 45; 60; 90; 105 см. Наблюдения за температурой почвогрунта проводились ежедневно в 7; 10; 13; 16; 19; 22 ч на глубинах 0; 10; 20; 30; 40; 60; 80; 100; 150 см.

Полевые исследования дали значительный экспериментальный материал, позволяющий проверить правильность расчетов по разработанной автором методике.

На рис.1 показан сезонный ход уровня грунтовых вод, средних температур и влажности почвы на глубине 0-20 см и суммарного испарения с учетом атмосферных осадков и освежительных поливов.

Далее в работе излагаются математические модели влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при подпочвенном орошении и поливе по бороздам.

Для определения входящих параметров предложенных моделей использованы формулы, предложенные в работах А.Ф.Чудновского (1976), Г.А.Трубачевой, А.А.Аракеляна, С.В.Нерпина (1983) и С.В.Нерпина, Г.А.Трубачевой (1984). При определении интенсивности поглощения почвенной влаги корнями растений использованы материалы методических рекомендаций С.В.Нерпина, Е.Д.Хлопотенкова, М.Я.Кузнецова и Г.А.Трубачевой (1981), а также формула С.Ф.Аверьянова, А.И.Голованова, Ю.Н.Никольского (1974).

При подпочвенном орошении область исследования представляет собой четырехсложную среду с изменяющими коэффициентами фильтрации, которая изображена на рис.2. На этом рисунке используются следующие обозначения: Lx - половина расстояния междренья; Ly - глубина зоны моделирования; Н|, Н2, Нз, Н( - мощности толщи почвогрунтов; LHi, L¡^¿ - начальная и конечная глубины заложения дрены от поверхности почвы.

Для решения системы уравнений (1) на этой области исследования задаются следующие граничные условия.

На верхней границе области исследования (у=0 , 0 < х ^ Lx), являющейся связующим звеном почвенного покрова с атмосферой, могут быть заданы потоки почвенной влаги и тепла: инфильтрация или испарение ±Е для уравнения влагопереноса и приток или отток тепла +Q для уравнения теплопереноса.

•к2

Кз \

•К4

т^-^ *

Ьх

Тн,

н2

Нз

н4

• •

1ШШШМШШШШШШ1ШШМШМ11ШШ1Шт1МШШШ

Рис.2. Расчетная схема подпочвенного орошения в четырехслойном грунте

+ К = Е(х,1)

су ду ду

(3)

(4)

'На верхней границе вместо (4) может быть заданы также изменения температуры почвогрунтов

Т(х,<М)=Т0(х,1) (5)

На нижней границе (у=Ьу,0<х<Ьх) следует поставить следующие условия:

если граница находится на водоупоре, то потоки влаги и тепла считаются равными нулю:

(6)

ду

ат

= 0

(7)

К

х

Если же граница находится в зоне капиллярного подпора, то вместо (6)-(7) следует записать:

*f = M<) (8)

T(x,Ly,t) = TL - const, (9)

где Lx - половина расстояния междренья; Ly - глубина зоны моделирования; EL(t) - приток воды из нижележащего водоносного горизонта.; TL - температура грунтовых вод; Hi, Н2, Н3, Н4 - мощность почвогрунтов. На боковых границах области исследования (на линиях симметрии) :тавятся следующие граничные условия:

На правой границе (x = Lx, 0 <у < Lv j задается условие 1еперетекания, т.е. потоки влаги и тепла равными нулю.

— = 0 (10)

Эх

|1=0 (11) ох

На левой боковой фанице ( х=0, 0 < у < Ьу ) действует горизонтальный акрытый дренаж для орошения. Поэтому эта граница условно делится на три |трезка. На отрезках (0 < у < ) и ( < у ^ Ьу ) выполняются условия 10) и (11), анаотрезке( ^ У ^ Ькл) задается условие:

Р = На + у, (12)

где: Ьш и Ьм - начальная и конечная координата расположения дренажа, [а - гидравлический напор в дрене.

Данная математическая модель применима также и для внутрипочвен-ого орошения, когда вместо закрытого дренажа рассматривается перфори-ованный трубчатый ороситель.

На базе предложенной модели для подпочвенного орошения проведен ычислительный эксперимент. При этом использованы следующие данные по очвенно-мелиоративным, гидро- и теплофизическим характеристикам: эловина расстояния междренья Ьх=100 м; глубина зоны моделирования у=12; глубины заложения дрены: начало - Ьна=2,5; конец - ЬК(1 =2,£?м; ощности толщи почвогрунтов Н|=1 м, Н2=5 м, Н3=3 м, Н<(=4 м; коэффициенты ильтрации по слоям К 1=0,00875 м/ч, К2=0,02708 м/ч, К3=0,00087 м/ч, 4=0,06667 м/ч. Для вычисления влажности и влагопроводности приняты: Рм = 114 м вод.ст., п=-0,2 , Wн= 0,4 , а = 10 "2 м"1, ш = 6,0123; для вычисления

Рис.3. Изотермы почвы при подпочвенном орошении.

объемной теплоемкости и теплопроводности почвогрунтов: плотность почвогрунтов р =1420 кг/м3; параметры: Ш] = - 0,0062 , т2 = 2,7 , ш3 = - 0,2 , т4 = 20 , теплоемкость сухой почвы Со = 0,23; для вычисления интенсивности поглощения почвенной влаги корнями растений глубина распространения корней Ьр = 0 - 0,25 м, сельскохозяйственная культура - ячмень. Значения транспирации и физического испарения считаются заданными.

Результаты вычислительного эксперимента сопоставлены с полевыми данными. Отклонение между ними составляет до 9%.

Изотермы почвы при подпочвенном орошении представлены на рис.3.

При поливе по бороздам задаются разные формы поперечного сечения борозды. Поэтому в области исследования дополнятся еще одним условием ограничений. Мы рассматривали две формы сечения: полуциркульная и параболическая. Тогда область исследования рассматриваемой задачи представляет собой неполный прямоугольник как отрезанный верхний правый угол по форме борозды ( Рис.4). Контуры борозды определяются в нашем случае уравнениями окружности и параболы.

Таким образом, система уравнений влаго- и теплопереноса в почвогрун-тах (1) при поливе по бороздам решается в области исследования (Рис.4 )

Х2 + У2Ж.2 или у / Ну + X2 / Нх > 1 0 < х < Ьх, 0 < у < Ьу, I > 0 со следующими граничными условиями:

Рис.4. Расчетная схема полива по бороздам в однородном грунте

Верхняя граница делится на две части.

На отрезке у=0, Нх < х < Ьх ставятся условия (3) и (4) или вместо (4) условие (5).

На контуре борозды X + У2 = Я2 или у / Ну + X2 / Нх = 1 граничные условия принимаются следующим образом:

В процессе полива в диапазонах Нв < х < Нх и 0< у < Н0 задаются условия (3) и (4), а в диапазонах - 0 < х < Нв и Н0 < у < Ну ставятся условия

При межполивном периоде по всему контуру борозды задаются граничные условия (3) и или вместо (4) условие ф). На нижней границе области исследования задаются:

На боковых границах области исследования (на линиях симметрии) (х=0, Ну < у < ЬУ) и (х = 0, 0 < у < ЬУ) ставятся условие неперетекания, т.е. потоки влаги и тепла равными нулю.

На базе предложенной модели для полива по бороздам проведен вычислительный эксперимент. При этом использованы следующие данные по почвенно-мелиоративным, гидро- и теплофизическим характеристикам: половина расстояния междурядья; Ьх=0,35 м; глубина зоны моделирования Ьу-/,2; коэффициент фильтрации К1=0,03 м/час; для вычисления влажности и влагопроводности приняты: Рн = 9,33x10"4 м вод.ст., п—0,2, \Уц = 0,4, а = 10 "2 мт = 2,2597 ; для вычисления объемной теплоемкости и теплопроводности почвогрунтов: плотность почвогрунтов р =1700 кг/м3; параметры: ГП) = - 0,005 , ГП2 = 1,5 , ш3 = 1,8 , ш4 = 20 , теплоемкость сухой почвы Со = 0,2; для вычисления интенсивности поглощения почвенной влаги корнями растений глубина распространения корней Ьр = 0 - 0,4 м, сельскохозяйственная культура - огурцы. Значения транспирации и физического испарения считаются заданными.

Результаты вычислительного эксперимента сопоставлены с полевыми данными. Отклонение между ними составляет до 7%.

Суточный ход температуры и изотермы почвы представлены на рис.5.

Разработанная модель позволяет решить широкий круг гидромелиоративных задач, произведя расчет влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при поверхностном, подпочвенном и внутрипочвенном способах орошения для любого промежутка времени вегетационного периода.

Адекватность численных результатов проверялась путем сопоставления их с экспериментальными данными.

P(x,y,t) = h(t) + y T(x,y,t) = Тв = const

(13)

(14)

Р(х, Ly, t) = PL = const T(x, Ly, t) = PL = const

(15)

(16)

Рис.5. Суточный ход температуры и изотермы почвы при поливе по бороздам. Глубина: 1-0см, 2-5см, 3-1 Осм, 4-15см, 5-20см, б-бОсм, 7-100см.

Основные выводы

1. На основе изучения литературных источников выполнен анализ состояния по исследованию водно-теплового режима почвогрунтов на орошаемых полях Кыргызстана. Анализ опубликованных работ за последние 30 лет, посвященных данному вопросу, показал, что водный и тепловой режимы почвогрунтов изучались раздельно. При этом наиболее изученным является водный режим почвогрунтов. Тепловой режим почвогрунтов исследован крайне не достаточно. Этому вопросу посвящены всего две работы. В этих работах изучены лишь тепловые характеристики серозема и сазовой почвы в условиях Чуйской долины и тепловой режим почвогрунтов при междурядном мульчировании полиэтиленовой пленкой.

Проведенный анализ литературы показывает на необходимость совместного изучения водного и теплового режимов на орошаемых землях для разных способов орошения и мелиоративных воздействий.

При решении данной проблемы в условиях нынешних компьютерных возможностей более выгодным является применение методов математического моделирования.

Обзор литературы по математическому моделированию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах показывает, что существующие модели имеют одномерный характер.

2. Разработана двумерная математическая модель влаго- и теплопереноса в почвогрунтах, обобщающая ранее известные результаты и учитывающая характерные особенности способов орошения. В данной модели особое внимание уделяется влаго- и теплопереносу в почвогрунтах при поливе по бороздам, где рассматривается задача со смешанными граничными условиями на криволинейной границе по контуру борозды.

3. Для практической реализации поставленных задач разработаны численные алгоритмы расчетов, рекомендуемые при решении следующих задач:

прогноза водно-теплового режима почвогрунтов на орошаемых полях;

выбора и корректировки проектных режимов орошения;

определения режимов водопотребления на орошаемых полях при составлении внутрихозяйственного плана водопользования в районных управлениях оросительных систем;

обоснования параметров осушительно-увлажнительной сети и системы поверхностного орошения при их проектировании на основе прогнозов водно-теплового режима почвогрунтов;

оценки влияния орошения на грунтовые воды;

определения в оптимальных сочетаниях элементов техники полива по бороздам.

4. На базе разработанных численных алгоритмов проведен вычислительный эксперимент. Результаты расчетов сопоставлены с

экспериментальными данными и показана адекватность предложенной модели и более высокую точность расчетов по сравнению с одномерными моделями.

5. На основе проведенных исследований разработана методика расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Отунчиев О. Мырзакматов М.У., Абдулаев А. Математическое моделирование теплопереноса в почвогрунтах при междурядном мульчировании полиэтиленовой пленкой // Автоматизация гидромелиора-тивных систем: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Фрунзе, 1981,- С. 246-247.

2. Абдулаев А. Особенности регулирования водно-теплового режима почво-грунтов при программировании урожаев в условиях подпочвенного орошения // Программирование урожаев сельскохозяйственных культур на орошаемых землях: Сборник научных трудов ВНИИГ и М. Минводхоз СССР.-М., 1984.-С. 177-179.

3. Абдулаев А., Суюмбаев Д.А. Прогноз влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при подпоч-венном орошении // Автоматизация водораспределения на оросительных системах в целях экономии и охраны водных ресурсов: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. - М., 1984,- С. 16-18.

Абдулаев А. Моделирование влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении // Совершенствование проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции молодых ученых. - Фрунзе, 1986,- С. 38-40. 5. Абдулаев А. Расчет двумерного совместного переноса влаго- и тепла в почвогрунтах при орошении // Технология, механизация и автоматизация орошения: Сборник научных статей. ВНИИКА мелиорация. Минводхоз СССР.-Фрунзе, 1987. С. 125-134. 5. Абдулаев А. Пакет программ моделирования влаго- и теплообмена в почвогрунтах для управления поливом // Автоматизация гидромелиоративных систем: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции. - Фрунзе, 1988. - С. 85-86. 7. Абдулаев А. Применение математической модели влаго- и теплообмена в почвогрунтах для расчета режима орошения // Вопросы разработки и эксплуатации автоматизированных гидромелиоративных объектов: Сборник научных статей. ВНИИКАМС. Минводхоз СССР.- Фрунзе, 1990. С. 69-75. 5. Абдулаев А. Численное решение задач влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при различных способах орошения //Материалы международной научно-практической конференции "Проблемы механики и

прикладной математики", посвященной памяти профессора Ф. И. Франкля Том 1. Механика. - Бишкек, 1995. С. 19-21. (В соавт. Исманбаевым А.).

9. Абдулаев А. Математическая модель внутрипочвенного двумерного влаго- ] теплопереноса в условиях орошения // Материалы 3-й научно-техническо; конференции профессорско-преподавательского состава и студентов КАС1 -Бишкек, 1999.- С.80-85.

10.Абдулаев А., Оморова Н.А., Абдурасулов А.И. Численный метод расчет двумерного влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении / Материалы 3-й научно-технической конференции профессорско преподавательского состава и студентов КАСИ - Бишкек, 1999. - С.85- 91

Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве:

В работе [1] - Составление программ и проведение расчетов на ЭВМ участие при анализе численных результатов.

В работах [3,. 8, 10] - Постановка задачи, математическая формулировк решаемой задачи, разработка численных алгоритмов, составление программ ] проведение расчетов на ЭВМ.

/

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Абдулаев, Абсамат

Введение.

Глава 1. Современное состояние исследований по математическому моделированию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах

1.1. Состояние вопроса об исследовании гидротермического режима почвогрунтов на орошаемых полях Кыргызстана.

1.2. Анализ существующих подходов к математическому описанию влаго - и теплопереноса в почвогрунтах.

1.3. Параметры уравнений влаго- и теплопереноса в почвогрунтах.

1.4. Состояние вопроса моделирования водно-теплового режима почвогрунтов и задачи исследования.

Глава 2. Методика расчета влаго - и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения

2.1. Технологические основы задач моделирования

2.2. Математическая модель двумерного влаго - и теплопереноса в почвогрунтах при орошении.

2.3. Алгоритмы численного решения поставленных задач.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Моделирование влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении"

Актуальность темы. Переход Кыргызстана на рыночную экономику привел к проблеме переформирования существующих хозяйственных структур регионов республики по требованиям новых форм хозяйствования. При этом возникла необходимость решить организацию территорий вновь формируемых хозяйств и на ее базе реконструировать внутрихозяйственные оросительные системы. Для этого потребовались проведение системного анализа нынешнего их состояния и в результате анализа выдать научно-обоснованные руководящие документы для проектирования оросительных систем при оправданных затратах на их строительстве и эксплуатацию.

При проектировании первостепенной задачей является выбор эффективных параметров оросительных систем, обеспечивающих на орошаемых полях поддержание в оптимальных сочетаниях режимов основных факторов жизнедеятельности растений в течение всего вегетационного периода с целью получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Среди основных факторов в засушливой зоне важную роль играют водный и тепловой режимы почвогрунтов, которые в основном определяют судьбу урожая орошаемых культур. Это объясняется тем, что внутрипочвенные процессы находятся в тесной связи с погодными условиями и в зависимости от их поведения устанавливается потребность в проведении соответствующих мелиоративных воздействий на сельскохозяйственном поле. Поэтому прогнозирование совместного водно-теплового режима почвогрунтов занимает особое место при обосновании параметров оросительных систем на стадии проектирования, ошибочный выбор которых может привести к негативным эколого-физиологическим последствиям.

В настоящее время эффективным средством описания процессов, происходящих на орошаемых полях, является метод математического моделирования. Он на базе новейших компьютерных техники и технологий стал одним из наиболее универсальных способов познания законов реального мира и их использования в практической деятельности людей, и совершенно незаменим, где проведение большего числа натурных экспериментов затруднена, либо вообще невозможна.

Поэтому разработка более совершенных математических моделей, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения, влияющих на формирование урожая сельскохозяйственных культур, становится актуальной.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработать на базе современной теории влаго- и теплопереноса в почвогрунтах метод прогнозирования водно-теплового режима почвогрунтов применительно к различным способам орошения. Чтобы достичь намеченной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи: создание в двумерной постановке математических моделей влаго- и теплопереноса в почвогрунтах, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения; разработка алгоритмов численного решения поставленных задач; проверка адекватности предложенных математических моделей и определение диапазона применимости численных алгоритмов на основе испытания и практического использования их на конкретных задачах оросительной мелиорации; разработка методики расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

Методика исследований. В качестве методической основы решения поставленных задач приняты методы математического моделирования. При этом для создания математических моделей процессов влаго- и теплопереноса в почвогрунтах использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований ученых стран СНГ и зарубежа в области теории фильтрации, физико-химической гидродинамики и теории тепло- и массопереноса в пористых средах. Для разработки численных алгоритмов применен метод конечных разностей, который является достаточно универсальным и мощным средством для реализации сложнейших математических моделей на современных ПЭВМ.

Проверка адекватности предложенных математических моделей осуществлялась путем сопоставления численных результатов с натурными данными, полученными автором и сотрудниками Кыргызского научно-исследовательского института ирригации.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

Создана математическая модель двумерного влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении, обобщающая ранее известные результаты и позволяющая более полно учесть специфику способов орошения.

Разработаны алгоритмы численного решения поставленных задач и на этой основе проведен вычислительный эксперимент.

В результате проведенных исследований разработана методика расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

Практическая значимость. Предложенная методика расчета позволяет прогнозировать водно-тепловые режимы почвогрунтов в различных способах орошения и может быть использована для обоснования оптимальных параметров проектируемых оросительных систем; для управления орошением при эксплуатации автоматизированных оросительных систем; для установления режимов водопотребления на орошаемых полях при составлении внутрихозяйственного плана водопользования в районных управлениях оросительных систем; для оценки влияния орошения на грунтовые воды при решении задач мелиоративной гидрогеологии; для обоснования необходимости мелиоративных воздействий; для определения в оптимальных сочетаниях элементов техники полива по бороздам.

Реализация работы. Результаты исследований использованы: институтом «Киргизгипроводхоз» в рабочих проектах "Карабалтинская оросительно-осушительная система Калининского района" и "Комплексная реконструкция орошаемых земель в колхозе имени У.Салиевой Наукатского района" при обосновании параметров системы поверхностного орошения и осушительно- увлажнительной сети; в ПКТИ "Водавтоматика и метрология" при разработке рабочего проекта "Понижения уровня грунтовых вод с. Кыз-Арт Жумгальского района" для прогнозирования динамики понижения уровня грунтовых вод в условиях работы проектируемого горизонтального дренажа.

На основании проведенных исследований разработан пакет прикладных программ для ЭВМ и передан в ОФАП ПКТИ "Водавтоматика и метрология".

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математические методы гидрогеологических процессов" (Новосибирск, 1984), Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация водораспределения на оросительных системах в целях экономии и охраны водных ресурсов" (Фрунзе, 1984), Республиканской научно-технической конференции молодых ученых "Совершенствование проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1986), Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1988), 1-ой, 2-ой и 3-ей научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов КАСИ (Бишкек, 1993, 1994, 1996), Международной научно-практической конференции "Проблемы механики и прикладной математики", посвященной памяти профессора Ф.И. Франкля (Бишкек, 1995), 4-ой научно-технической конференции профессорскопреподавательского состава и студентов КГУСТА (Бишкек, 1999).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 147 наименований. Она изложена на 121 страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы, 18 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Абдулаев, Абсамат

Основные выводы

1. На основе изучения литературных источников выполнен анализ состояния по исследованию водно-теплового режима почвогрунтов на орошаемых полях Кыргызстана. Анализ опубликованных работ за последние 30 лет, посвященных данному вопросу, показал, что водный и тепловой режимы почвогрунтов изучались раздельно. При этом наиболее изученным является водный режим почвогрунтов. Тепловой режим почвогрунтов исследован крайне не достаточно. Этому вопросу посвящены всего две работы. В этих работах изучены лишь тепловые характеристики серозема и сазовой почвы в условиях Чуйской долины и тепловой режим почвогрунтов при междурядном мульчировании полиэтиленовой пленкой.

Проведенный анализ литературы показывает на необходимость совместного изучения водного и теплового режимов на орошаемых землях для разных способов орошения и мелиоративных воздействий.

При решении данной проблемы в условиях нынешних компьютерных возможностей более выгодным является применение методов математического моделирования.

Обзор литературы по математическому моделированию влаго- и теплопереноса в почвогрунтах показывает, что существующие модели имеют одномерный характер.

2. Разработана двумерная математическая модель влаго- и теплопереноса в почвогрунтах, обобщающая ранее известные результаты и учитывающая характерные особенности способов орошения. В данной модели особое внимание уделяется влаго- и теплопереносу в почвогрунтах при поливе по бороздам, где рассматривается задача со смешанными граничными условиями на криволинейной границе по контуру борозды.

3. Для практической реализации поставленных задач разработаны численные алгоритмы расчетов, рекомендуемые при решении следующих задач: прогноза водно-теплового режима почвогрунтов на орошаемых полях; выбора и корректировки проектных режимов орошения; определения режимов водопотребления на орошаемых полях при составлении внутрихозяйственного плана водопользования в районных управлениях оросительных систем; обоснования параметров осушительно-увлажнительной сети и системы поверхностного орошения при их проектировании на основе прогнозов водно-теплового режима почвогрунтов; оценки влияния орошения на грунтовые воды; определения в оптимальных сочетаниях элементов техники полива по бороздам.

4. На базе разработанных численных алгоритмов проведен вычислительный эксперимент. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментальными данными и показана адекватность предложенной модели и более высокую точность расчетов по сравнению с одномерными моделями.

5. На основе проведенных исследований разработана методика расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Абдулаев, Абсамат, Бишкек

1. Абдулаев А. Расчет двумерного совместного переноса влаги и тепла в почвогрунтах при орошении//Технология, механизация и автоматизация орошения: Сборник научных статей ВНИИКАМС. Минводхоз СССР. -Фрунзе: 1987.-С. 125-134.

2. Абдулаев А. Применение математической модели влаго- и теплопереноса в почвогрунтах для расчета режима орошения // Вопросы разработки и эксплуатации автоматизированных объектов: Сборник научных статей ВНИИКАМС. Минводхоз СССР.-1990,- С. 69-75.

3. Абдулаев А. Пакет программ моделирования влаго- и теплопереноса в почвогрунтах для управления поливом // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация гидромелиоративных систем". -Фрунзе: 1988,- С. 85-86.

4. Абдулаев А. Математическая модель внутрипочвенного двумерного влаго- и теплопереноса в условиях орошения //Материалы 3-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов КАСИ. -Бишкек, 1999.-С. 80-85.

5. Абрамова М. М. Испарение почвенной влаги в засушливых условиях // Почвоведение. -1968. -№8. С. 137-144.

6. Аверьянова С. В. Зависимость водопроницаемости почвогрунтов от содержания в них воздуха // ДАН СССР,- 1949. -Т. 69.-№2. С. 141-145.

7. Ю.Аверьянов С. Ф., Голованов А. И., Никольский Ю. Н. Расчет водного режима мелиорируемых земель // Гидротехника и мелиорация. — 1974. -№3. -С. 34-42.

8. П.Алешин В. Д., Брежнев А. И., Полуэктов Р. А., Хлопотенков Е. Д. Послойно-балансовые динамические модели водного и теплового обмена в почвогрунтах // Доклады ВАСХНИЛ. -1981.-№12. С. 38-39.

9. Аракелян А. А. Испарение с поверхности почвы // Труды ин-та/Армян. СХИ. 1980.-Вып.35.-С. 27-31.

10. Аракелян А. А. Моделирование влагообмена в верхних горизонтах почвенного профиля: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: АФИ.- 1983.- 23с.

11. Афанасик Г. И. Тепло- и влагообмен в системе открытая почва-атмосфера // Мелиорация переувлажненных земель: Труды Беларус. НИИ мелиорации и водного хозяйства. Минск: 1973. - Т.21. - С. 124-134.

12. Афанасик Г. И. Агрофизические основы комплексных мелиораций торфяных почв: Автореф. дис. . д-ра техн. наук (06.01.02). Минск, 1983. - 39 с.

13. Афанасик Г. И., Финский А. И. Исследование параметров термов л агопереноса в торфяных почвогрунтах // Почвоведение. 1978. - №3. -С. 132-136.

14. Бикеле 3. Н., Молдау X. А., Росс Ю. К. Математическое моделирование транспирации и фотосинтеза растений при недостатке почвенной влаги. -М.: Гидрометеоиздат, 1980. 223с.

15. Бодров В. А. Основы системного подхода к почвенно-гидрофизическому обеспечению агроэкологических математических моделей: Дис. . канд. с-х. наук: 06.01.03.-Л.: 1985.- 172 с. Утв. 30.10.85.; 04850011008.

16. Будаговский А. И. Впитывание воды в почву. -М.: Изд-во АН СССР, 1955. -136с.

17. Будаговский А. И. Испарение почвенной влаги. М.: Наука, 1964. - 244 с.

18. Будаговский А. И. Испарение почвенных вод // Физика почвенных вод. М.: Наука, 1980.-С. 13-95.

19. Будыко М. И. Климат и жизнь. -Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-472с.

20. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. -М.: Мир, 1971.-452с.

21. Ведерников В.В., Никитенков Б.Ф. Некоторые вопросы использования математических моделей при прогнозировании водного и солевого режимов почвогрунтов // Сельскохозяйственная мелиорация/ Тр. МГМИ.- 1976.- Т. 40.

22. Галанин М. П., Зайцева Р. И. Математическое моделирование процесса движения влаги при испарении в постоянных внешних условиях // Докл. ВАСХНИЛ. 1981. - №1.- С. 43-45.

23. Глобус А. М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. -Л.: Гидрометеоиздат, 1983. -279с.

24. Глобус А. М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических моделей. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 427с.

25. Голованов А. И., Новиков О. С. Математическая модель переноса влаги и растворов солей в почвогрунтах на орошаемых землях//Труды Москов. Гидромелиор. ин-та.- М., 1974. Т.36,- С. 87 - 95.

26. Горизонтальный дренаж орошаемых земель /Духовный В. В., Баклушин М. Б., Томин Б. Д., Серебренников Ф. В., М.: Колос, 1979.- 255с.

27. Гусев Е. М. Проблемы теории переноса жидкости в ненасыщенных пористых средах // Физика почвенных вод. М.: Наука, 1981. - С. 123-143.

28. Дандарон Ж. -Д. Приближенный расчет испарения воды из почвы с просохшим слоем // Журнал прикладной механики и технической физики. -1971.-N-0. 166-172.

29. Дандарон Ж. -Д. Влияние процессов десорбции и сорбции, происходящих в просохшем слое почвы на ход испарения воды. // Инженерно-физический журнал. 1971. - Т. 21. - N6. - С. 11-18.

30. Дандарон Ж. -Д. Эффект отрицательного хода испарения воды из почвы с просохшим слоем // Метеорология и гидрология. 1974,- № 7,- С. 66-74.

31. Денисов Ю. М. Перенос влаги и тепла в почве // Труды САНИГМИ. -Ташкент: 1968. Вып. 39 (54). - С. 3-19.

32. Денисов Ю. М. Математическая модель переноса влаги, тепла и соли в почвогрунтах // Метеорология и гидрология. 1978. -N3.-0. 71-79.

33. Денисов Ю. М. Математическая модель процессов тепло-, влаго-солепереноса в почвогрунтах // Математическое моделирование гидрогеологических процессов: Сборник научных трудов / ИГ СО АН СССР. Новосибирск: 1984. - С. 49-55.

34. Димо В. Н. Тепловой режим почв. М.: Колос, 1972.38.3лотник В. А., Кулик В. Я., Мурашко М. Г. Методы расчета влагопереноса в зоне аэрации. Минск. 1974.- 83с.

35. Ентов В. М., Зазовский А. Ф., Нгуен Дык Ну. Численное моделирование процессов тепловлагопереноса в капиллярно-пористых телах: Препринт / ИПМ АН СССР, № 245. М., 1985. - 66с.

36. Инструкция по определению фильтрационных потерь воды из каналов внутрихозяйственной оросительной сети: Утв. Бюро НТС Минводхоза

37. Туркменской ССР, 26.12.84./Туркмен НИИГиМ; Сост. Г. Д. Куртовезов, Ю. П. Литвинов, В. А. Новицкий, Б. Сапаров; Под руков. А. И. Голованова и Ю. Н. Никольского. Ашхабад, 1985. - 106с.

38. Использование численных методов расчета на ЭВМ водного режима почв в исследованиях по программированию урожаев: Методические рекомендации / АФИ ВАСХНИЛ; Сост. С. В. Нерпин, Е. Д. Хлопотенков, М. Я. Кузнецов, Г. А. Трубачева. Л., 1981. - 71с.

39. Коваль Л.А. Моделирование суточной динамики водно-теплового режима агрометеорологической системы: Автореф. Дис. . канд.техн.наук:11.00.09.-Л.,1990.- 16с.

40. Константинов А. Р. Испарение в природе.- Л.: Гидрометеоиздат, 1963.- 532 с.

41. Куликов Т. А. Тепловые характеристики серозема и сазовой почвы. -Фрунзе: Изд-во СХИ, 1959.

42. Куртенер Д. А., Кузнецов М. Я., Трубачева Г. А. Модель тепло- влагообмена в почвах. // Научно-технический бюллетень по агрономической физике/Агрофиз. Ин-т ВАСХНИЛ, 1979. № 40. С. 30-34.

43. Куртенер Д. А., Усков И. Б. Климатические факторы и тепловой режим в открытом и защищенном грунте. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-231 с.

44. Куртенер Д. А., Усков И. Б. Управление микроклиматом сельскохозяйственных полей. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. -262с.

45. Куртенер Д. А., Чудновский А. Ф. Агрометеорологические основы тепловой мелиорации почв. Л.: Гидрометеоиздат. - 1979. - 230с.

46. Кучеров А. Б. Метод обратных операций для вычисления минимального и максимального собственных значений циклической трехдиагональный матрицы // Численные методы линейной алгебры. М.: Изд-во МГУ, 1982. -С. 103-111.

47. Кучеров А. Б. Алгоритмы блочного попеременно-треугольного метода // Библиотеки программ для решения краевых задач разностными методами. -М.: Изд-во МГУ, 1983. С. 60-68.

48. Кучеров А. Б. Прямой метод частичного исключения для решения несимметричных пятиточечных разностных уравнений // Разностные методы математической физики. М.: Изд-во МГУ, 1984. - С.35-53.

49. Кучеров А. Б., Макаров М. М. Метод приближенной факторизации для решения разностных смешанных эллиптических краевых задач // Разностные методы математической физики. М.: Изд-во МГУ, 1984. - С.54-65.

50. Кучеров А. Б., Макаров М. М. Варианты попеременно-треугольного метода приближенной факторизации для решения сеточных эллиптических уравнений // Численные методы решения задач математической физики. -М.: Изд-во МГУ, 1986.

51. Кучеров А. Б., Николаев Е. С. Попеременно-треугольный итерационный метод решения сеточных эллиптических уравнений произвольной области // Журнал Вычислительной математики и математической физики. 1977. -Т.П. -№. - С. 664-675.

52. Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среды.- М. Л., Гостехиздат, 1947. - 244с.

53. Лыков А. В. К теории миграции влаги внутри почвы // Почвоведение. 1951.- №9,- С. 562-570.

54. Лыков А. В. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. М.: Гостехиздат. - 1954. - 296с.

55. Лыков А. В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1972. - 560с.

56. Лыкосов В. Н. Палагин Р. Г. Динамика взаимосвязанного переноса тепла и влаги в системе атмосфера-почва // Метеорология и гидрология. 1978. -№8. - С. 48-56.

57. Лычман В. В., Мистецкий Г. Е. Численное решение задач подземного влагопереноса // Вычислительная и прикладная математика. Киев: 1985. -Вып. 56.-С. 83-91.

58. Ляшко И. И., Демченко Л. И., Мистецкий Г. Е. Численное решение задач тепло- и массопереноса в пористых средах.-Киев: Наукова думка, 1991-264с.

59. Мартынов Ю. М., Никольский Ю. М. Влияние водообмена в зоне аэрации на тепловой режим почвы. // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1981. №5.-С. 63-71.

60. Марчук Г. И. Методы расщепления. М.: Наука. - 1988. - 264с.

61. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. -608с.

62. Маслов Б. С., Станкевич В. С., Черненок В. Я. Осущительно-увлажнительные системы. — М.: Колос, 1981. 280с.

63. Мигунова Г. И., Хубларян М. Г. Численное решение задачи переноса влаги, тепла и солей в зоне аэрации почвогрунтов. // Вопросы управления комплексом факторов жизни растений. М.: 1978. - С. 76-82.

64. Мичурин Б. Н., Онищенко В. Г. Метод обобщения и расчета зависимости капиллярно-сорбционным давлением и влажностью почвы // Почвоведение. -1978. -№9.-С.54-58.

65. Муромцев Н. А. Влияние температуры на потенциал почвенной влаги и доступность ее для растений // Метеорология и гидрология. 1981. - №5. -С. 92-98.

66. Муромцев Н. А. О термопоправках к потенциалу почвенной влаги при диагностировании полива сельскохозяйственных культур // Вестник с. -х. науки. 1984. - №4. - С. 119-126.

67. Нгуен Дык Ну. Численное моделирование процессов влаго- и теплопереноса в пористых телах: Автореф. дис. . канд. физ. мат. наук: 01.02.05. - М., 1985. - 16 с.

68. Нерпин С. В., Саноян Н. Г., Трубачева Г. А. Использование динамической интерполяционной модели влагообмена при проектировании оросительных систем и управлении поливом // Доклады ВАСПНИЛ.- 1981.- №10 С. 3942.

69. Нерпин С. В., Трубачева Г. А. Уравнения гидротермодинамики почвенной влаги // Доклады ВАСХНИЛ. 1984. - №5. - С.34-36.

70. Нерпин С. В., Трубачева Г. А. Уравнения гидротермодинамики почвенной влаги // Моделирование и управление процессами в агроэкосистемах: Сборник научных трудов. Л: АФИ, 1984. - С. 52-63.

71. Нерпин С. В., Чудновский А. Ф. Физика почвы. М.: Наука, 1967. - 584с.

72. Нерпин С. В., Чудновский А. Ф. Энерго- и массообмен в системе растение почва-воздух. -Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 353с.

73. Нерпина Н. С. Модель влагопереноса в междренном пространстве и перспективы ее применения при проектировании осушительных систем// Моделирование, управление и автоматизация гидромелиоративных систем/ Тр. Сев НИИГиМ. Л., 1979. - С. 119 -125.

74. Нигматулин Р. И. Основы механики гетерогенных сред М.: Наука, 1978. -336с.

75. Никитенков Б.Ф. Некоторые вопросы теории движения тепла, влаги, почвенного воздуха и солей в мерзло-талых почвогрунтах // Сельскохозяйственная мелиорация / Труды МГМИ,- 1974.- Т. 36.- С.65-70.

76. Никольский Ю. М. Взаимосвязь между водным, газовым, тепловым и пищевым режимами осушаемых земель с грунтовым типом питания // Комплексные мелиорации: Научные труды ВАСХНИЛ. М.: колос. 1980. -С. 90-99.

77. Новак В. Движение воды в почве при испарении/УФизика почвенных вод. -М.: Наука, 1981.-С. 160-180.83.0тунчиев О. Регулирование теплового режима орошаемых почв Северный Киргизии: Дис. . канд. е.- х. наук: 06.01.02. Фрунзе, 1982.

78. Павлова К. К., Калюжный И. Л. Обобщенные зависимости потенциала почвенной влаги и влагопроводности почв от влажности// Тр. Гос. Гидрол. ин-та,- 1980.-Вып. 268.-С. 51-57.

79. Рабочее И. С., Рекс Л. М., Пягай Э. Г., Якиревич А. М. Применение модели тепловлагопереноса в почвогрунтах для расчета суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур //Почвоведение 1981. -№1 - С. 50-59.

80. Рымшин О.В. Математическое моделирование гидротермического режима почвы в предпосевной период и на ранних стадиях развития растений: Автореф. дис. . канд.техн.наук:11.00.09.-Л.,1990.- 15с.

81. Сабинин В. И. Численное решение задачи о горизонтальном систематическом дренаже с зоной неполного насыщения // Динамика сплошной среды: Сборник научных трудов. Новосибирск: 1980. - Вып. 46. -С. 122-136.

82. Самарский А. А. Теория разностных схем. М.: Наука, -1970. -656с.

83. Самарский А. А., Андреев В. Б. Разностные методы для эллиптических уравнений. М.: Наука, 1976. - 352с.

84. Самарский А. А., Капорин И.Е., Кучеров А. Б., Николаев Е. С. Некоторые современные методы решения сеточных уравнений // Известия ВУЗов. Математика. 1983. - №7 (254). - С. 3-12.

85. Самарский А. А., Николаев Е. С. Методы решения сеточных уравнений. -М.: Наука, 1978. 592с.

86. Судас А. С. Расчет и регулирование водно-теплового режима в среде обитания растений на мелиорируемых торфяных почвах: Автореф. дис. канд. техн. наук. Минск, 1983. - 16с.

87. Суюмбаев д. А., Налойченко А. О. Закономерности изменения потенциала почвенной влаги в зоне аэрации // Вопросы водного хозяйства (мелиорации). Фрунзе: Кыргызстан, 1974. - Вып. 29. - С. 128-135.

88. Тихонов Н. А., Судницын И. И., Галанин М. П. Заболоцкий В. Р. О математическом моделировании испарения и конденсации в песчаных почвах // Почвоведение. 1979. №11. - С. 152-156.

89. Трубачева Г. А. Математическое моделирование агрометеорологического режима почв.: Дис. . канд. техн. наук: 11.00.09. Утв. 02.07.86., 04860003065. - Л.: 1985-180с.

90. Тейлор С., Кэри Дж. Анализ одновременных потоков воды и тепла или электричества с помощью термодинамики необратимых процессов // Термодинамика почвенной влаги. -Л.: Гидрометеоиздат, 1966. С. 361-370.

91. Файбишенко Б. А. Влияние температуры на влажность, энтропию и всасывающее давление влаги в суглинках // Почвоведение. 1983. - №12. -С. 43-48.

92. ЮЗ.Целищева Л. К. Влияние толщины и свободной пористости просохшего слоя на испарение //Почвоведение. -1965. №3. - С. 52-56.

93. Ю4.Циприс И. Б., Шадилов В. Е. Постановка задачи совместного влаготеплопереноса при прогнозировании почвенных условий // Прогнозирование урожаев на мелиорируемых землях. -Л.: 1978. С. 27-36.

94. Чайлдс Э. Физические основы гидрологии почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1973-428с.

95. Юб.Чудновский А. Ф. Теплофизика почв. М.: Наука, 1976. - 352с.

96. Чудновский А. Ф. Расчет величины внутрипочвенной конденсации // Доклады ВАСХНИЛ. 1977. - №5. - С. 10-13.

97. Шульгин А. М. Климат почвы и его регулирование. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. -341с.

98. Юшманова О. О. Теплообмен в двухслойной среде при периодическом потоке тепла на поверхности // Водные ресурсы. -1994. Т.21. - №6. - С. 734-737.

99. Якиревич А. М. Обоснование параметров дренажа на основе моделирования процессов тепловлагопереноса в почвогрунтах: Автореф. дис. канд. техн. наук.: 06.01.02. -М.: 1981. -20с.

100. Ash., Barrer R.M. Three-phase Flow in a temperature gradient // Trans. Farady Soc.-1963.-V.59.-№ 490.-P.10.-P.2260-2267.

101. Bemerji I. On the effect of the temperature gradient in the soils on the persolation of water// Indian. I. Met. Georhys.-1957.-V.8.-№8.-p.ll5-119,

102. Buckingham E. Studies on the movement of soil water // U.S. Dep. Agr. Bur. Soils Bill.-1907.-№38.-p. 1-61.

103. Gary I.W. An evaporation experiment and its irreversible thermodynamics // Indern. I. Heat and Mass. Transfer/-1964.-V.7.-№5.-p.531-538.

104. Cary I.W. Water flux in moist soil: thermal versus suction gradients // Soil Sci.-1965.-V. 100.-№3.-p. 168-174.

105. Cary I.W. Soil moisture transport due to thermal gradients: practical aspects // Soil Sci. Soc. Amer. Proc.-1966.-V.30.-№4.-p.428-433.

106. Cary I.W. Soil heat transducers and water vapor flow. // Sci. Soc. Amer. Proc.-1979.-V.43.-№6.-p.835-839.

107. Dempsey B.I. A mathematical model for predicting coupled heat and water movement in unsaturated soil // Intern. I. Numer. and Analit. Meth. Geomech.-1978.-V.2.-№l.-p.l9-34.

108. Gardner W.R. Relation of temperature to moisture tension of soil // Soil Sci. -1955.-V.79.-p.257-265.

109. Gardner W.R. Some steady-state solution of the unsaturated moisture flow equations with application to evaporation from a water table // Soil Sci.-1958.-V.85.№4.

110. Gardner W.R. Diffusivity of soil water during sorption as affected by temperature // Soil Sci. Soc. Amer. Proc.-1959.-V.23.-№6.-p.406-407.

111. Gee G.W. Water movement in soils as influenced by temperature gradient // Dissert. Abstr.-1971.-V.27.-№6.

112. Gurr C.G., Marshall T.I., Hutton I.T. Movement of water in soil due to a temperature gradient// Soil Sci.-1952.-V.74.№5.-p.335-342.

113. Hutcheon W.L. Moisture flow induced by thermal gradients within unsaturated soils // Spesial Repord: Highway Research Bureau.-1958.-V.40.-p.113-133.

114. Jackson R.D. On calculation of hydraulic conductivity // Sci. Soc. Amer. Proc.-1972.-V.36.-№2.

115. Jackson WR.D., Rose D.A., Penman H.L. Circulation of water in soil under a temperature gradient //Nature.-1965.-V.205.-№4968.-p.l4-16.

116. Jjshua W.D., Jong de E. Soil moisture movement under temperature gradients // Canad. J. Soil Sci.-1973.-V.53.-№1.

117. Mattes R.K., Bowen H.D. Water vapour transfer in the soil by thermal gradients and its control // Trans. Amer. Soc. Agric. Eng.-1963.-V.6.-№3.-p.244-248.

118. Meenwig R. Effect of temperature on moisture conductivity in unsaturated soil // Dissert. Abstr.-1964.-V.25.-№6.

119. Meyer A.F. Effect to temperature on ground-water levels // J. Geophys. Res.-1960.-V.65.-№6.-pp. 1747-1752.

120. Palosaari S.M., Cornish A.R.H. A method for the prediction of the capillary thermal gradient coefficient in wetted porous materials // Acta Politechn. Scand. Chem. incl. Met. Ser.-1975.-№127.-18 pp.

121. Philip J.R. Evaporation and moisture and heat field in the soil // J. Meteorol.-1957.-V. 14.-pp.359-366.

122. Philip J.R., Vries de D.A. Moisture movement in porous materials under temperature gradients// Trans. Amer. Georhys. Union.-1957.-V.38.-№2.-p. 222231.

123. Rahi G.S., Jensen R.D. Effect of temperature on soil water diffusivity // Geoderma.-1975.-V.14.-№2.-pp. 115-124/

124. Raundkivi A.J., Nguyen V.U. Soil moisture movement by temperature gradent // J. Geotechn. Eng. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng.-1976.-V.102.-№2.-pp.l225-1243.

125. Richards L.A. Capillary conduction of liquids through porous media // Physics.-1931.-V.l.-pp.95-112.

126. Rollins R.L., Spangler M.G., Kirkham D. Movement of soil moisture under a thermal gradient // Proceedings: Highway Res. Bureau.-l954.-V.33.-pp.492-508.

127. Rubin J. Theoretical analysis of two dimensional, transient flow of water in unsaturated and partly unsaturated soils // Soil. Sci. Soc. Amer. Proc.-1968.-V.32.-№5.-p.607-615.

128. Smith W.O. Thermal conductivities in moist soils // Sci. Soc. Amer. Proc.-1939.-V.4.-p.32-40.

129. Smith W.O. Thermal transfer of moisture in soils // Trans. Amer. Georhys. Union.-1943.-V.2.-pp.511-524.121

130. Taylor S.A., Cavazzal. The movement of soil moisture in response to temperature gradient// Soil. Sci. Soc. Amer. Proc.-1954.-V.18.-№14.-pp.351-358.

131. Vries de D.A. Simultaneous heat and moisture transfer in porous media // Trans. Amer. Georhys. Union.-1958.-V.39.-№5.-pp.909-917.

132. Vries de D.A., Philip J.R. Temperature distribution and moisture transfer in porous materials // J. Georhys. Res. -1959.-V.64.-№3.-pp.-386-388