Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ ВЛАГОПЕРЕНОСА В ОРОШАЕМЫХ ПОЧВАХ И ИХ УЧЕТ ПРИ ОБОСНОВАНИИ. МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ВЛАГОПЕРЕНОСА В ОРОШАЕМЫХ ПОЧВАХ И ИХ УЧЕТ ПРИ ОБОСНОВАНИИ. МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ"

с/

ажоаознля академия

СЕДЬСКОХОЗЯЙСХВЕННШС НАУК имена в,Й. ЛЕНША

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ . ПОЧШПШЙ ИНСТИТУТ имени в.в. мжечмвк

На правах руходкск уж 631.432.3:631.67-»- 626.61/86

Пятой Эдуард Тимофеевич

ОСОБЕННОСТИ МА1ШЕРЕН0СА В СРОШАЕШС ПОЧВАХ И ИХ УЧЕТ ОРИ ОБОСНОВАНИИ. МЕЛИОРАТИВНЫХ «РШРИЯПЙ

Сне овальность 06.01.02 - Межмораши к «романов зши«даи*

Автореферат

джссвртацш на оонсхжае ученой стаоевж канлждата сельскохозяйственные иаук

1 Москва 1983

Работа выЪочнена в ордена Трудоього Краевого Знгмопи

*

Почвенном иыстжтуте имени В.В* Докучаева

Ыоучшй руководитель - заслуженный деятель науки ТССР,

академик БАС£ЫШ я АН ТССР, доктор сельскохозяйственных неук, профессор И.С. РАБОЧЕВ

Офцциаяьыш оппоненты: доктор биологических наук,

профессор А. Д. ВОРОНИН

кандидат сельскохозяйственных ндук И.Н. ТАРАН

Ведущая организация - Вое союзный ордена рудового Краевого Знамени научно-мсадедов&твхь-- окий жнетмтут гидротехники х ме-

л вор atom вмени А.Н. Коотякова

Защита оостонтся " -Л?1 " ¡^OAcf/) J г.

в У часов на эаоеданмж специализированного Ученого со-

вета Д 020.25.01 при Почтенной институте имени В.В. Догфчаева

Адрес: 10Ь017, Москва,'Пыжевский Dep. ,7, Почвенный институт имени В.В. Докучавва

С диссертацией можно ознакомиться'в дяОяиотене Почвенного института имени В.В. Докучаева

Автореферат разослан " OrC-f Л Sp xS iaea г.

\

1 Ученый секретарь ooeuKwиэировшшого Ученого оовета доктор' диалогически наук, профессор B.C. OffiWDB

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуатьность теин. Выполнение Иродов'.' .ьотвеньой программы и задач, намеченных ХХУ1 съездом КПСС, предусматривает проведение больших объемов мелиоративные работ, направленных ни повышение урожайности сельскохозяйственны* культур и сохранение высокого плодородия срошазмых почв. Решение этих задач связано с созданием в почве благоприятного для роста и развития растении условий, в частности водного режима. При этом обоснование допустимых пределов увлажнения корнеобитаемой зоны должно проводиться с учетом требований растений к оптимальному водно-воздуиюму режиму почв, потерь оросительной воды на инфильтрацию, затрат на строительство гидромелиоративных систем и др. В связи с этил существует настоятельная необходимость в дальне ¡Заем развитии количественннх методов исследования водного режима почв и прогноза его изменения при орошении или осушении для обоснована инфмльтрационног о питания грунтовых вод, сроков ввода дрен ал а и расчета его параметров с учетеи основных почвеяко-гидрогеологических, климатических и агробиологических факторов.

Шль$ работы является: теоретическое и э спер имент&г.ь кое исследование особенностей формирования водного режима в орои.аешх доч вах; разработка №тодов опенки водного б^инса почвы по натурным наблюдениям к расчетам на модели; совершенствование методики обоснования оптимальных параметров дренажа на пореувлалненных почвах и прогноза кнЗильтрашонного датакия грунтовых вод на орошаемых территориях.

Методика исследований. Для решения поставленных задач использовался мгтод, основанный на теория влагогереноса в ненасыщенных почвах. Опенка эле ментов водного баланса почв в натурных условиях проводилась по данным режимы« наблюдений за Ъсаскв&ощкм давлением Основные параметры ьлагопереноса - коэффициент нлагопроводностм в кривая водоудерииваюаей ишооСности почвы - определялись полевш, лизиметричзекдм и лабораторным методами. Построение кривой во.вдуде ргания проводилось да трем значениям всасываощего давления и влажности шчвн. Решение шоговариантных оптшшзациокных задач, евчзан-ных с обоснованием параметров дренажа, осуществлялось методом численного моделирования ад аго переноса ло программе, разработанной • Рекоом Д.М., Якнревичем А.М. ЛНпШЛц^нтФДя'бР^да прогнозной эада-

л научная библиотека

Моск. свдьскохоз академии

Ж. К. А.рв5 Инв. N

- а -

чи, связанной с обоснованием шфидьтрациошвдс потерь оросительной воды и скорости подъема уровня грунтовых вод, - по расчетам влаго-переноса на электрической сеточной модели so новой схеме.

Научная новизна и т>актиче екая 'ценность работы состоят в теш, что в не& установлены особенности форкирования водного режима в орошаемых почвах о учетом неоднородности литолого-фильтрационного строения почвенной танго, глубины залегания уровня грунтовых вод и режима орошения; разработана методика определения расхода почвенной влаги на ипфильтрадионное питание грунтовых вод к суммарное испарение по данным натурных наблюдений и расчетов на модели; предложена методика обоснования параметров осушительного дренажа и прог -ноза скорости подъема уровня грунтовьк вод по расчетам влагоперено-са на мэделях; разработана новая схема расчета влагопереноса на »лекттесквх оеточши моделях; усовершенствованы методы определения коэффициента влагопроводности на больших моншш тал-лизиметрах ж в дачвэд: естественного слшенин; предложена методика построения кривой водоудергекия но трем значениям всасывающего давления и влажности почвы.

реализации работу. Результаты исследований использованы В/О "Совзводпроект" при составлении проекта мелиорации почв опытного орошаемого участка ВИКИ механизации и техники полива /Московская обл./. Рассмотренная в работе методика изучения водного режима в орошаемых почвах, основанная на теории влагопереноса в ненасыщенных почвах, используется в Институте пустынь АН ТССР, туркменском сельскохозяйственном институте Калинина и Туркменском НИИ гидротехники и мелиорации.

^пробацир t.aOoT». Результаты исследований представлялись на съезде Почвоведов /ОДЮ/, конференциях и совещаниях, проводимых в г.АалсянЗаде /1ЬЬ0,1901,1083/, а на научном семинаре в Проблемной лаборатории МГУ им. М, В Ломоносова.

Публикации.' Основные результаты работ опубликованы в 10 печатных работах, изданных в Iü77-fi>8i; гг.

Объем работы. Дмооертяпия состоит из введения, пяти глав а выводов; изложена на страницах машинописного тексте, вклича-«т 26 ■ таблиц и 28 ряоунк^а. Список литературы оодерхлт 211 наименований.

/

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I "Теоретические о слови двгаения почвенной маги" изложены современные представления о состояние и двшении влаги в ненасыщенных почвах.

В развитие теории влито гюреноса большой вклад вывели работы многих отечественных и зарубежных ученых. В учении о почвенной влаге, ее свойствах« шдыашости и доступности для рлотений - это прежде всего работы Лебедева А.Ф. .Долгова С.И. .Роде A.A. .Качиас-1Шго H.A. .Будаговского А.И. и др. Саедуший этап в рьаввдии гидрологии почв связан с внедрением термодинамического метода в исследование состояния влаги в почве в раскрытие» законов ее переноса. Утому способствовали работы Бондцхэяко Н.Ф..Вороника А.Д.. Глобуса А.М.,Коркева В.Г..Коршунова С.С.«Лыкова A.B.,Шльнш<обой М.К. .Мичурина E.H. .Керпина C.B. .Суднишдт И.И. .^дновского А.О., Адлера М, .Болта Г. .Бэбкока К. .Бэра Я. .Гедднера Р. .Юсота А. .Рнчерд-са Л.А. .Тейлора С. (£илипа Дм. .Чаилдса 3. г др. Применительно к ре шению практических задач мелиоративного почвоведения большею значение имеют работы Костикова А.Н., '^ерьяяова С.Ф. .Глобуса А.М., Голованова А.И. .Чернова И.Е.,Кулика В.Я. .Кучтента Д.С. .Никольского Ю.Н. .Пшкорского U.C. .Рекса Л,!....,Снткикова А.Б. .Цуднадана И.И. Хуйльряна М.Г. .Чуйкова В.Н. ,1Лостакова В.М, .Гарднерь Р. .Ричардса Л.М.,Слейчера Р. .Рубина дк.,Чайлдса У, и других исследователе?.,которыми били разработаны экспериментальные л ч» стенные методы исследования движения почвенной ьлаги и оценки параметров м парено са с учетом влияния различных природных и мелиоративных факторов.

Современней теория ьлаготереноса основыв«<тся на энергетическом гредстаьленки связи воды с твердой ф&аой почвы. 1ля учета воех сил, действующи* на систему"почва-вода", вводится понятие о полном термодинамическом сотенпиале почвенном влаги. Ааилиз его составлена« показывает, что в неЭасоленшй и-неныЗухаош* почвах дня описания процессов передвижения почвенной влаги мсино ограничиться рассмотрением лишь касяллярно-сорбциоиного и гр авитанионного потенциалов, В этом случае выражение для единичного расхода почвенной влаги, предложенное Ричардоом Л.А. /1Ь31/, запишется в

V * к 1 м ) , (О

а уравнение Чайлдса и Коллио-йжордав К. / 1Ь50/. описывающее

процесс wt aro пере коса в термина* всасньдащего дапления» в вида:

.Iík^wM. - г 23! ■ C--1ÍV ^г1 к дл > * ы ~ ^ > ^ эу

где К - коэффициент влагопроволчости; V - всаоывцошее давлв -кие, экьив клеит лов калыллярно-сорбиш окно му потенциалу; "VT - объемная гласность почвы; С - дифференциальная глагоемкость; Z — вертикальная координата.

Хал опрец&ления параметров, в-содявдк в уравнения /!,'<£/, ойнч-ьо используется лабораторные способы, недостатки которых общеизвестна и не *1»бун)Т пояснений. В работе предлагаются метода их определения по данным натурных и лизиметрических исследований.

В главе Н "Методика определения параметров влагопереноса в орошаемых почвах" рассматривается способа офеделзния кривой вода-уде рк ив ш щей способности шчвч /ЛВС/ и коэффициента влaroпроводао-сти / К / в полевых и лабораторных условиях.

Определение KJ3C предяакеко проводить по i-рем значениям всасывающего давления / Ч5 / с влажности / "W / шчвы вместо 7-й значений, определяемых на капилляриматрвчесних /тензиометрических/ установках по стандартной методике. ají ал из литературных материалов и результатов собгтвеиньос исследований доказал, что несмотря на многообразие форм кривых V " "w , обусловленное различием типов почв, их механическим составом и сложением, они в большинстве случаев могут быть оапроксимированы функциями экспоненциального /Ааш-ковский И.О. ,1973/ иди тан ген сального /Якиревич А,!1.,ЬЫ/ видов /рис. I/. Построение кривоb водоудерас&ия по преддоиенному способу показано на примере пойменных почв р.Москвы. Измерение якално-- ста испытуемого образца почвы' осуществлялось при трех ступенях раз-р.-ыения, создаваемых в камере пониженного давления хавилляримегра, При полной влагоемко от и величина всасывающего давления приравняв а-» лаоь к нулю. Опенка вл&сности почвы ирн двух других значениях ъюа-сывшиаго давления / V = 20t30 я 70*60 кПа/ проводилась до результатам экспериментов на капилляр иметриче сю« и тенэяометричэскжх устшовхаг. Промежуточные значения всасывание го давления и влажно-сяк почты устанавливались по эмпирической формуле, онисивающай кривую V от Ч ; выбор вида алпрокошлируюией функции считался правильный, если разброс »кспврйменталышх значений "W в "W" от, |фивоК, построенной по формуле, не превышач во влшностн 1%. Сопоставление кривда вороуларжввеющей (*3iotv>6no'rr»i |ю?вы, построенных

ад 06 ' 32;0 1 ' АУ Рже. I. Кривые водоудержакия: £ - южный чернозем /по Б.А.ФайОи-швкко/; 2 - агиавиольно-дуговая почва; 3 - обыкновенный чернозем; 4 - шшовиадьно-дерновая почва;5 - лессовидный суглинок /по И.С.Иашовскоыу/; 6 - пыдевагый песок /по А.Б.Ситыикову/; 7 - светлыь серозем; а - не оч ано -ну стын-

У.кПа ная

а) 5)

80

60

40

го

те

V

\ v

\хд \\ й - 1

я

г \

- г

к \

V ч

¿я____-^кДа-

■ - 25 • 50 ^ 55Ы '-5 "К,ов£

Ряс. И. Кривые волоулеркаНЕя, построенные по девяти /I/ а трем /¿/ значениям воасывиодаго даменал и вяаккости почвы /а -аллю в и ал ¿н о -до риовых и б - аллгавиальао-луговая почвы/.

но ирбдлш«нн!>м,у способу, с установленными но стандартной методике дано хороши сов иода кие; максимальное расхождение ьо влажности не превысило"/рис. ¿/.

Установлено, чти иы Фо^у щжяоп водоуде^шания окшываот влияние температура аочвы /Т / и ее плотность / /, Влияние температуры почвы на всисыашшев даьиение, взмв^яомое тенэиометром, изучалось на аплишиаяьно-луговой суглинистой и дерново-иодзолистой су -ве счал о Я ¡ючвах. ¿ксперименти показали, что при ишш*енш температуры почни Ь'шсыьшшее давление в абсолютна* величинах возрастает я, наоборот, умипылаетод при увеличении темиературы. 1!ри ¿том в одном и том же Диапазоны изменения температуры всасывавшее дарение меняется не одинаково и зависят от механического состав2^к""оо-дериания влаги в ней; ври высокой влажности вкииние Т на "V незначительно как в /шиовнаяьно-луговоИ, так и в дерново-подзолистой почве. С уменьшением вжжиости влияние температуры на всасывающее давление заметно возрастает. Однако кривые V от Т , построен -ные но нарастав ид и сличении температуры, не оовпадгют и зшолняот некоторую сплошную область в ьяде нетель гистерезиса. Влияние плотности точвы на в еаси выпаде давление такие не однозначно а зависит от ее механического состава и исходного илиосодерладия. Проведенные на образцах обыкновенного чернозема и' аллювиально-луговой почвы лабораторные зксперимбнты показали, что при одной и той же влажности почвы повышение ее обьемной массы приводит к умекыьенйй всасывающего давления; наиболее заметно влияние Ш на V в диапазоне высокой влажности, но мере уменьшения содержания влаги в по чье его влияние ослабевает.

Определение коэффициента влаго^юводдоети при неуста.овавшем-■ • ся двиаенил почвенной влаги «федлагяется проводить по данным на -туряЬиС наЛл«доний за всасывающим давлением в лизиметрах. и шурфах, оснащенных тензиометреми. Для »того вначале на кривих реального раопрвделения всасывавшего данлония находятся точки, разделяющие восходящие и нисходящие штоки почвенной шаги. Затеи выбирает ся две эпюры всаеываошго давлении на два момента времени, по которым оценивавтоя расход влага через расчетный слой почвы на шфшьтра-плз или исларенае. При известно!! дьнаюаке всасывающего давления на Двух различных глубинах к кривой Видоудержившщой способности шч-вы коэффициент тчагонройодности можно рвеочитать ио зависимости:

" ■ к я ^Ч^чуа^мШ!

а в лизиметрах, оснявенньк тензиометрями, при иамотном расходе ^о ~ по формула:

где - количество влаги, профильтровавшееся до уровня воды в лизиметре или испарившейся с него. (Пфедблеиив К. но анализу профилей всасывающего давления проведено на пойменных иочвьх р.Москвы для случээв, когда зависимость V от V сжгро к с имируе тся формулой йашковского И,С. /1973/:

— -АУ

Ллг * е (5)

или зависимостью вида:

представляйте й собой модификшвао формулы Якиревича А.и. /1ЬЫ/ / А и о-с - эмпирические паршетры, определяемые методом наименьших квадратов/.

Полученные значения коэффициентов влагопроводнеоти для каащо- • . го слоя почвы обычно относят к его середине к среднему значению всасывавшего давления. Однако такой подход не всегда является корректным. в зависимости от размеров разбивки почвеньой толщи на слон я интервалов времени измерения влажности в них значения вычислен -пых К заметно огаачаятся. для практических расчетов рекомендуется оценивать коэффициент ъяагопроводности для слоя 0,1-0,2 м, а измерение влакноста проводить в зависимости от скорости ЕЛагопереноса. Требования, предъявляемые к точности определения коу^Фицивнта влегопроЕодности, делаот применение термоститко-весового сноообь определения влажности гочвы на полеыес площадках трудоемким, а в лизиметрах - невозможным, ввиду ограниченного объема почвенного монолита. В связи с этим расчеты К рекомендуется проводить по реяш>шым наблюдениям за всасываоШМ дг^лением.

В главе Ш "Метошг» определения элементов водного баланса почв" рассматривается способ оценки расхода почвенной влага на инфильтрата или испарение по д&шым натурных наблюдений за воаон-вакдош давлением и ко расчетш плато переноса на ан алого вше и даф -ровкс моделях. Мя определение приходной и расходной составлявшей водного баланса е*>чбы в устоствешшх условиях обязательным является выделение гркниин потоков ьлаги.

Дня ощаки .pea ультируцгце в водцого баланса корне об итшмой зоны, т.е. расходу влаги через ее нижнее сечение.предложены расчетные формулы,в которых влажность выракена через соответствующее ей всасываотее давление го соотношению /5/:

\г = V - - «v-чгЧ, с?)

В сяучм, когда связь между V и "W описывается функцией /6/, формула лая расчета "Ц^ запишется в виде:

1>нр = " (^-"Л " o-rci^VO , (6)

где far Т водрпоступленме /или испбдение/ через поверхность шч -вы за расчетный промежуток времени л t ; Vnr - то же через нижнее сечение расчетного /корнеобитаашго/слоя .

При, известной дилилике воасывсшшего давления расюты водного баланса корне обит немого слоя шчвы но формулам /7/ и /й/ можно про водить дня любого интересующего периода времени.Измерение V в раз личных слоях почвенного профиля нросюдкдось по тензиометрам. Величина U6r оценивалась по разности между осадками /наливами/ и суммарные исш%внмем но соотношении Vsr -Ос + 0р - £<;. В периоды увлынения величина VHt рассчитывалась при временном шаге, равном 1-2 суткам; по мере уменьшения ьяагоэапасов в корнеобитаемой зоне временной шаг увеличивали до 5 и более суток.

При известном балансе влаги в корнеобмтшмом слое почвы »«фильтрационное питание грунтовых вод или их расход на испарение предлагается ¿фонодить чо зависимости:

1 (е -е <з>

V мо

1 и

-J^i ttt.c^V^T^-'V.dildi Ooj

В условиях орошения, ког.ц i адожнооть в корнеобитаьмоы алое аочвы в течение {мп'втнциоиного периода поддарлинается в заданном, диапазоне путем периодически* иолиьов, расчеты инфильтрации и испарения почноннчИ »ччаги ир>мо агнится проводить по формуле:

к, Л*, -лД. > чю-

- tt -

где ^Veny - воасывгютеэ давление, coot iwt с г вующее верхнему пределу оптимума увлалн^ния; ~ ' соответствующее ничему пределу оптимума увлажнения; L = НГ> - ^ ; Нг> - глубина залегания уровня грунтовых вод; л 2 - мерность корнеобитаемого слоя почвы; Я - эмпирический ппраметр, определяемый при ал про к сим а-ции кривой К от V .

Оценка инфильтраиионного питания грунтовш вод и испарения почвенной влаги методом моделирования нроиодиаось на аналоговой и цифровой лтоделях. Решение ураик.ния яч.-липереноса проводилось на аналоговой сеточной модели Iэлект;юинтигрлторе/ в одномерной постановке. Ввиду сложности его решения на оерийных электролитегра -торах, связанного с необходимостью изменения сопротивления модели при кз?дам новом шаге времени в соответствии с изменением ко<»ОДи- -циента влагопрогаддности, предложена новая схема решения уравнения влагопереноса, основанная на ряде преобразований. Ьвидеиаем переменных Н »Jf^dV и F 'г приводим уравнение влагоие-реноса /¿/ к виду!

= С<Р)|£ * * 021 .

гш c(f3 ^(híg , ju(4)

Решние задач влагошреноса по уравнению /lü/ ироме, чем ьо /¡¿/, поскольку в модель задается только одна переменная F

Численное моделирование процесса влапжереноса доводилось на ЭВМ со программе, разработанной Рексом Jl.M., Лкиревичем A.M. 11ри расчетах влагопереноса на шел ого вой и цифровой машинах Онло принято, что влага в шчвенкой толов движется под действием кшил-ллрно-сорОшонного и rpíiBHTанионного потенцеьлов. Параметры, входящие в расчетные модели, задавались в вида аппроксимирующих Функций. Для аппроксимация кривой водоудеркекия испсльзовглись зависимости Пашковского И.С./ХУ73/ н Якиревича A.K!./J¿>81/, а дня кривнх К от "Vf, Ч* - формула Аверьянова С.Ф. х ее модификация

/Лашковсклй И,С.,1^73/.

В главе и1У "Особенности формирования водного режима в орошаемых почвах4 рассматривается природно-климатические, почвенные и гидрогеологические условия опытного орошаемого участка ВНИИ мша**4 низагшн и техники полива, распол те иного в долине р. Москвы / с. Усоен-

сков Ыоско&ской обл./, Установлено, что .{юрмированиь водного режима почв ■ грунтовых вод на »том участке происходит сложным ойрьзом н ваввсмт от рельефа местности и усноввИ иоотуилення /раосодова-нид/влаги через поверхность почвы. Наблюдения за грунтовыми водами В течение R>77-I9G0 гг. показали, что динамика юс уроненного режима зависит в основном от распределения атмосферных осадков /¡юля -вов/ и reoMoj>j.<wiогическл*. особенностей территории; наиболее глубокое залегание уровня грунтовых вод /ИГВ/ отмечается на ириводораз-дельпых участках Территории - И-Й надно1меьиои террасе и окраине моренной равнины; пр мере ириолижения к руслу реки их уровень поднимается местами вплоть до поверхности почвы.

Води о-балансовый исследования в поименных почвах р.Москвы иро-ьодклись на 5 ключевых стационарных плотниках , оборудованных шур-Фе(Ми: площадка I заложена на ши ии ни ал ыю-и у го вой суглинистой почве о глубиной залегания У IB м; площадка И, ыиычилцая 6 гид -

рофизмческих точек, оборудованы« тенииои^трими, at лаке на на аллю-виапыюй лугово-бсыошсй почве с >J*H 0,3ti,в м; шющаока Ш заложена па аллювиальной дерноьоИ почве, шдстйяаемой снизу пески/и, с УГН 2,ЗЩ,6 м; площадки ГУ и У Залощены также ни аллювиальной ддр-ноьой [ючре, но подстил ьешй снизу суглинками и супесями о глубиной залегании УШ порнцкн ü и 4 м соотратствшшо. Проведенные исследования нока^ти, чю 4.0 [ «привалив водного ршима почв имеет некоторые обиц.е закономерности. Ьо веек рассмотренных пойменных иочвах наап»штея постоянное нниходяще« дшиеные влаги /табл.I/. Увеличение колНшшынтн ишщльтршии /КШ(ф /. к аракте р и з у юш го отношение питания грунтоинх вод к суммарному ьодоиостунленйл с поверхности почаи, oí зьсушдивош / 1i>?'j/ года к вледноцу /Ь-ЬО/ иро-. исход»но нроиориионынлю ьо^раетннин л|«коднон составляющей водного баланса почв. В ньЫолее ним ном ЫМ году балансонш площадки по коэ-]<!-ш тенту ннфцльтрыши располигытсл но убыкшщему ряду в порядке: МЛ! > ш Л >ил.Ш vmw.íí ^ши/.Ь^ьироныш« величины Кинф,.Х&-ра итерирующей ре,к им дн^иьтраши и йен а}« ни и ьлаги, на площадках 1-У пак r Te'ibutib вегетационного периода огульного года,так и за весь (кцнод лайимшнмй обусловлено тел., что на формирование водного б ai вися ночь окашлтт ияпнкие мнги««тво различите факторов.Оценить их влияние в чистом яйце но дпнннм ш>гурных и салолов они tí чрезвычайно одемно, а иногда и неноиможно вкнду взаимообуйлоьпеннооти большинства nepei'y.na]iyefiHx ¿рш.ошк í глюрпк. ¡loritüwy исследование* нкннишг п«ч(ч»ннс- uhhux 'tнкго(иж на Фо^мнрошшие вороге ре-

Водный баланс корнеобитабмого опоя почвы за период 1Ь?ь-1^60 гг.; мм

Год Почва № пл. ое+ ог

1978 аллмпиапьно-дерновая У № 13,4 —4^.6

дллйвигльно- луговая I 147 335,1 -30,0

ш 103 371.4 31,* -116,3

аллювиатьно-дарновая & 114 -¿44, Ь 16,и *

У 1л. ЭТО ,3 -51,6

аидюви&льно-луговая X хь 410.1 1С ,6 -124,4

ьео аллювиальная л у го во-боло г-ная а 62 ¡¿31,3 х.6 -144,4

ш 121 -63 ,Ь

адлювиально-дерновая тг £¿0 337,1»

• У 113 . 353,4 —10Ь,4

- продслиительность периода наблюдений, с/т; суша

осадков и поливов, им; - изменение вльгоэаласа шчвы. ш;

Х/мг - результируяшря водного баланса корнеобитаемого слоя почвы /знак нинус соответствует инфильтрации/, ми

*1ши орошшмих почв цроьи далось на осноьч молельных а к с парями нто в /фиэиадского в лиаимитрах и математического моделирования/. Устаг-воалено влияние ни процесс шфиыршош ачаги л итол ого -фал ьтрациоы-ноги строения почвенной т*хнш, ее механического состава, глуомяа залегания уровня груптовнх вод в родима ороиюния садь скох оз я йстве и-нцх культур, На основе акопершиекто» пнннлено, что нисходящее движение ълаги слакннм обрывом заем сит от указанных факторов. Моделирование ьлагонереноса 1фоволилось ио стедуишй схеме. Гидрологические условия на верхний транш» ооласти /номфкности почвы/ уста -навлив<АЛИСь с учетом требований сельскохозяйственных культур к оитыммьному водно-воздушному режиму ночв; ии«ляя граница, соответствующая уровню грунтовых вод, нршммаиась неподвижной. Начальное распределение влаги в иочьешшй толще задавалось по равновесной эшре клданости /ьсаоивяощего давлении/. Униякиение кор но обитаемого слоя почвы проводилось при достижении киьшюсти в ней нижнего предела оптимума уыкиненая /1!11У/; ьодонодача прекращалась при достижении в середине ко р1 шов ит немого слоя почвы платности, соответствующей верхнему пределу оптимум» увлышения /ШУ/. В мелналивной период на поверхности почвы зздшндяось сре«несуточное суммарное испарение; в неьегетациотшй ивр*ю.ц гидрологические условия на верхней границе определялись ио ршноити м«,;ду осадками и испарением для года Ьб-проиептной обеспеченности. В вегетационный период ув-лакненне с поверх нооти иочии осуществлялось как при автоматической режиме ороиьния, т.е. водопадьчц проводилась /; гре крашал&сь/ при достижении влшности в корнеооитн^мом сдое почвы, соответствующей НПУ /ВЛУ/. Ироьедвниио численные эксперименты позволили провести качественную оценку влиянии механического состава, мощности и строения почвенной толщи ни [<ыим орошания оельскохоэЯЙСТвенаы* культур и внфиньтранионное питание гру щ-оьюс вод. В литсишгически неоднородной почвенной теннис при неглубоком залегании уровня грунтовых вод наибольшее »яииние на величину'их нитшия оказывшт слабо проницаемые слои малой мощности /порядка 0,1 м/, запегдаиле непосредственно под ко (меобктаимой зоной; с увеличением мощности атого споя или глубины агх> эаиегання ох поверхности почвы его влияние ослабевает.

Влияние глубины залегшим уровня грунтовых вод на режим ш -фильтрации в ночнпх рнчно!о ме*»шичесноп. состава проявляется не одинаково, НаблмДттсч общим танл&нния к нозрветанию ин!}Ш1ЬТрадаи но мере увеличении гл^личн У1И /рио. 3/.

Рио. 3, Влияние глубины зелегания уровня 1*рун•№вше ьод не интенсивность ШфКДЬТрвЩЕИ И ИСИиреИИЯ шчввииоД влаги / I - пеоок, 2 - оуаесь, 3 - суглш;ок /

Влияние режима орошения на процесс влагопереноса непосредственно связано с предиолявной влажностью шчвы и числом поливов. Незначительное снижение НПУ приводит к существен ному сокращению инфильтранионного питшия грунтовых вод. Проведенные модельные Риснйримуиты показали, что в аллювиально-луговьк суглинистых почвах нрк бл ит ком залегании уровня грунтовых водм/ тенденция к уме ньою tino их нитшия при снижен ил ШУ весьма значительна; понижение Hlff на <1 -б> шк ясности за вегетишонный период май-сентябрь годл 95-процентной обеспеченности приводит к солее чем четырехкратному уменьшен!») оросительной нормы и питания грунтовых вод. РаспреДеленш поливном воды в чванно-грунтовой толще нро— исходит В несколько эташв. В начгяыши дери од после полива /или вншишнил осадков/ наблюдается поглощение влаги почвой;затем она постепенно поступает на уровень грунтовых вод, иродолкительность этото эт<ла зависит в оcaoгном от скорости продвижения фронта испарения, механического состава и шиш ости почвенной толщи.

В главе У "Обоснование регулирования водного режима почв" изложены основные задачи исследования вльгопереноси в "|Ю11»)*;мнх Почв™ в связи с их мелиорированием. При расчете »одного режима и параметров дрен а« а на псреуглаяненнкх почвах рассматривались годы о различной водообеспеченностьй,Учитывая то,что в исследуемом районе /Московская обл./ наибольший приток вл^ги с поверхности почвы наблидается в периода весеннего снеготаяния, величина обеспеченности осадками зп но 1Гродолжи гвльное время от начала снеготаяния до предпосевной обработки почвы принималась соответствуй»!! зимнему запасу влаги за вычетом поверхностного стока. Параметры дрен ata, облспечивоошего оптимальную влагообесаеченность кормовых культур, рассчитывались для пяти различных по водности годов.Последовательность проведения расчета показана на примере аллювиальной лугово-бсяотной почвы орошаемого участка БНИШиТП. Ражим орошения устанавливался с учотом требований кормовое свеклы и многолетних трав к оптимальной вл aro обеспеченности; в качестве Bíjy принималась предельно-полевая влагоемшсть. а ШУ - 0,7 и 0,75 от 11Ш. Расчеты параметров дрен ata проводились дня слздующей фичьтрашюняой схемы. ' Верхний слои модностью ¿,2 м слсаен суглинистым почвогрунтом,представленным о поверхности аллювиальной лугово-болотной почвой о коэффициентом фильтрации 0,02 ц/сут. Нижняя толща /до регионального водоупсри/ сложена аллювиальными отложениями; коэффициент фильтр шик 2,5 м/сут. Водопроницаемость всей июней тадщи, представ -

ленной шскьми о ироолоями супеси, а тыме грани Р.нима охжменинма, составляет 75 м2/сут. Ошнка перераспределения влаги ь ночмлишм слое проводилась методом математического моделирования. Ни оииоьа численных расчетов вдагопереноса за вегетационный период адичл^иь-ностыо 153 сут определялись нормы и гргфшш поливов, мнфильтрнцмд и суммарное испарение почвенной влаги, норма осушолин и дчитчль -ность периода переувлажнения корнеобитаемого слоя цочвы /гUH. "¿1, lio результатам расчетов' установлено, что .идя кормивой свеклы оптимальным является мехцренное расстояние 35 м при глубине »¿лшеплв дрены 1,2 м. При этом потери урга&я от пераукльашенин лил« в наиболее ял шиш годы 5-процентной обеспеченности не преныснг 10¿i, & ороситалькоя норма - 700 мэ/га. Для и/нсголетних трав мшдршикк* расстояние при допустимой üO-процентной потере урожш за многолетний период мо*ет быть увеличено до 55 м. йри »том наиболее длительное шреувлшкение корт обитаемо го слоя почвы, рапное 7 суткам , на&шдалось в год 5-процентно Й обеспеченности, В вегетационный период дефицит влаги в почве при таком меикдренье составит 44U i^/ra, что потребует проведения двухкратного налива,

В орошаемых почвах вследствие нзизбедных потерь налииней ьо-ды на инфильтрацию нейч^дштся вод Le м уровня грунуовах нод; скорость его подъема определяется в основном притоком езди ни свободную поверхность и возможностью оттока в дрены. Уотыювльно, что входящий в уравнение баланса грунтовых вод паршетр ,|Uн , ха -рактеризуюшй недостаток насвдания ночвогр^нтон, сиаг£»ишх зону аэрации, являет«.. величиной переменной, зависящей в больней степени от наложения УГВ, чьм от скорости его подъема к дневной поверхности. На основе модельных экспериментов выявлено, что при подье -ме уровня грунтовых вод с 5 до Ií-i,5 м оо скорость» 0,5,1 и 1,5 метров в месяц величина JU4 , например, в обыкновенных черноземам меняется во всех трех рассмотренных случаях одинаково, от 0,'¿5 до 0,12. *

Опенка инфильтрациоакого питания грунтовых вод проводилось но расчетам вдагопереноса на элвкгроянтеграгоре. Поадедоватнлыюсгь расчета показана на примере обыкновенного чернозема совхоза июни Ленина Куйбшиевстй обл. Величина питания расочиг>геш«сь для уачо-вяй, когда глубина залегания УГВ соответствовала 5 м, а ночвообра-ауюидаца породами являвтся жалто-бурае сыртовые суглинки. Решение задачи влагопереноса проводилось ш следующей схеме. Ньчааыше усаовид определялись по равновесной »пюре влшностх. С конца апре-

Результаты численного моделирования влагопереноса в аллюпиаюной л угово -бол отно й почве

р & а . Иг «Р •Ор Дата назначения полива

16 <1 0,75 2X0 2 420 21.00 30.08 -

26 I 0,46 214 2 430 ¿2.07 01.08 -

Б 35 I . 0,0У 2Ю X 210 23.07 - -

55 7 0,00 210 I 210 И4.07 - -

И> 17 0,00 0 0 0 - - -

16 "I 0,51 220 а 660 05.07 17.07 27.07

25 -с! 0,74 220 3 660 07.07 , 18.07 2^.07

16 33 I 0,54 220 3 660 08.07 Ь.07 30.07

55 2 0,06 220 2 440 10.07 21,07 -

90 0,00 220 I 220 28.06 - -

16 "I О.Ыэ 115 I 115 ¿6.06 - -

25 0,85 116 I 116 26.06 - -

25 35 <1 0,71 120 1 Х20 2а .08 - -

55 I 0,42 115 I 115 28.06 - -

ЭД 3 0,00 120 X 120 2Ь.06 — —

16 <1 1,06 0 0 0 - - -

25 <1 0,95 0 0 0 - - -

35 35 <1 0,85 0 0 0 - — -

К «I 0,67 0 0 0 - - -

ЬО I 0,3(1 0 0 0 •• - —

16 <1 1,1 0 0 0 - - -

25 <1 1.0 0 0 0 - - -

45 35 <1 0,Ъ2 0 0 0 - - -

55 <1 0,73 0 0 0 - - —

ЪО <1 0,60 0 0 0 - — -

р - обеспеченность осадками,В - мендреьное расстояние, м;

- продолжительность периода переувлажнения корнеобитаемого сдоя почвы,сут; Н, глубина до воды в середине межлреиъя, м ;

- поливная норма, мэ/га; КН. - количество поливов; Ог - оросительная носима, й^га

ля, о началом снеготаяния и размораживания верхней части почьвпной толщи, на версией границе задавшись условия пил ног о ьодонасшаиня до глубины, определяемой суммарным влагоаапасом в уныний период. Ори втом делалось допущение, что т&лке воды полностью шстулшт в р почву. Расход влаги через поверхность почвы задавался о учетом выпавших осадков по периодам года /для неорошаемого участка/ и оро -октальной нормы, рассчитанной для года Ь5-прошнтной обесие^иннои-V' ти /для орошаемого участка/. Результаты расчетов представлены в таблице а, №с да ai из шказад, что на кеороинамом иоде при осадков и влагозарядкового полива 536 км/год питание грунтовых нон ооставило 165 ьсд/год пня 30^ от сумш выпавших осадков я нмагоза-рядкового полива. На орошаемом участие при оросительной норке 200 мм питание грунтовых вод на 60 мм больше и составило

225 мм/год или в процентах от суммы осадков и поливов / включая влагоэарядкоьай иол ив / - 30^. При этом, естм 1тршягь, что величина недостатка нacune иия в среднем составляет О,Ib, то подъем грунтовых вод, при отсутствии бокового оттока и разгрузки ъ дрены,составит порядка 0,У ы/год на неорошаемом и и/год, на орошшшы участках.

ВЫВОДЫ

I. Обоснование регулирования водного режима почв и ирогно^ tn\> цзменения рекомендуется проводить на основе комплексных; исследований, вкдючаощих натурные наблюдения, лабораторные эксперименты и расчеты на математических моделях. Представленный в работы . метод определения величины шфильтр&цли и испарения почвенной влахи ио ■ф- дшным тензиомсгрических наблюдений применим при неустшогигшемсп движении влаги. Решение нелинейного уравнения влагопереноса «а • электрических сеточных моделях предлагается проводить по разрабо-^ тайной:новой схеме. Следует отметчть, что область применении моделирования не ограничивается только практический» расчетами составляющих водного б шанса почвы шш решением многовариантыых задач, связанных с оптимизацией /иди прогнозом/ вд атообе сиеченио от и сельскохозяйственных культур. В учении о почвенной влаге маегеь'нти-ческое моделирование следует рассматривав как мыод ночного цги иания.гидрологических процессов, протекиоиисс в шчве. ¡это поено -лявт исследовать законсшрнос'ги формкровдаая видного («иима «рак •. тически в любых природно-мелиоратиьньк условиях без нроънгени» дорогостоящих, а в ряда ел > чье в я невозможных нптуриж чним^-эл-

- 18 -' »

Результаты модапрования влагопереноса - в обыкновенных черноземах*

Месяцы Х1-ГУ 7 У1 УД УШ Ц X За год

Естественные у о л о в ж я

Осадка + влагозарядка, мм 237 44 54 49 46 57 636

Питание грунтовых вод. Ю1 5 0 0 0 4 5 165

У 0 Л о в и я о р о иен Е Я

Осадки +■ влагозарядка + вегетационные поливы ,мм 237 90 95 104 49 106 57 738

Питание грум ТО-РЫХ вод, га 169 XI 8 0 0 8 9 г&

* влагозарядковый палив проводился нормой 2000 /га

тов.

2. На основе численных экспериментов уст&ноьпено, что $ормиро-вшие режима влагопьреноса а орошаемых почвах происходят сложным обрезом и зависит от множества факторов. Наибольшее влияние на процесс шфильтрации влаги оказывает неоднородность литолого^иль-гранионного строения шчванной толщи и режим орошения. Резко^ снижение инфильтрации наблюдвется в случаях, когда слгйопроиицев-мые слои малой мощности /дше 0,1 м / эаяегаот непосредственно иод корнеобитюмой зоной. Интенсивность инфильтрации влети за ее пределы определяется в основном проницаемость» атого слоя. Потеря оросительной воды заметно возрастет /в несколько раз / да*е ири небольшом увеличении верхнего или нижнего пределов оптимума уылшне-ния /на 4-5^ алаашости / почвы.

3. Исследование водного режима в орошеемых почвах предлагается проводить раздельно для корче озе таьшго сдоя и ишселожащв и ноч-венно-грунтовой толщи, вследствие наличия в верхнем активном слое почвы трашитньгх путай / трещин, макропор /, по которым шага движется вниз , опережая фронт промачивания. Для оценки водного баланса корне обитав юй зоны предложены формулы, по которым рассчитывается приток и отток воды через нижнее ее сечение при пастацио -парном вл аго дарено се.

4. Обоснование скорости подъема уровня грунтовые вод на оро -шаемых территориях необходим» щюводить с учетом дипьмики насыщения дочво грунтов, сяагедщих зону аэрации. Установлено, "то ьелнчи-ма недостатка насыщения зависит в болыьей степени от глуошш эале-

• гения уровня грунтовых вод, чом от скорости его подъемы к дневной поверхности. В обыкновенных черноземах, шдстилдамцх снизу ¿¿элто-бурыми сыртовымя суглинками, при подъеме уровня грунтовых шд с 5 м

• до 1?1,5 м со скорости; 0,5; I и 1,5 ч^мес недостаток насыщения всех трех случаях уменьшается вдвое от О,¿5 до 0,12,

5. Анализ влияния входящих в расчвтчую модель пьраметров-коэффяц^ента влагопроводности и кривой водоудержившшей способности почвы на ражим влагооереаоса позволяет обоспорать допустимые предали погрешности их определения. Рекомендуемые з работе методы * даот возмсяшость свести к клним/цу ошибки ири очродиленль адента вчагопроводносги. для определения К щ адлаг.-ется рас ома. -

_ ■ ривать слои шиш мощностью не более 0,1*0,2 м, а ом^лие ти дикости проводить в зависимости от скорости Ииагопзреыоси; чн'> м»г© •

увеличения р гаме ров разбивши почвенной толщи на слоя и интервалов измерения влшмости в них ошибка возрастает.*

в. По результатам анализа представленных в работе кривых V от V установлено, что, несмотря на многообразие кх: форм, обусловленное различием типов почв, их механическим составом и сложением, вое они аппроксимируется функциям двух видов - экспоненциального в тглгенсального. При известном виде функция установление кривой во доуда ржания предлагается проводить лишь со трем значениям всасывавшего давления и влажности почвы. lipa таком подходе погрешность в онределениа кривой водоудйркшия не превышает во влакности а длительность проведения эксперимента сокращается примерно в 6-7 раз /в сравнении с экспериментом на капилляриметрической установке по стандартной методике/.

7. Изучение оС^енно-гидрологическйх процессов на основе теории лклгопереноса с привлечением математического мод&ифованая дозволяет количественно охарактеризовать водный ревели почвы и установить закономерности его формирования. Но данным катурньн наблюдений и расчетов на модели установлено, что в балансе грунтовых вод поймы р.Москвы инфильтрация преобладает над испарением; во чсех рассмотренных пойменных почвах в течение всего вегетационного :ериода наблюдается постоянное нисходящее движение влаги. Моделирование влaroпереноса в аллювиальной лугово-болотио Е почве показало, что ее осушение вод кормовые культуры возмакно ири мездренном расстоянии порядка 35 и /глубине залолекия дренажа X,2 м/, При этом возможные потери урожая кормовой свеклы составят около IOí; для многолетних трав увеличение маидренья до 55 м мсиет принести к потере урожаи за многолетний период до

в. Сформулированное верхнее краевое усиовие, моделлрушее гидрологическую обстановку на поверхности шчвы в периоды ее иссушения, позволяет рассчитать режим инфильтращш почвенной влаги о учетом динамики испарения. Последовательность расчета влaroпере -носа на електрической сеточной модели /адектроинтеграторе/ представлена кв примере обоснования инфильтредионнолэ питания грунто-pin вол в Куйбышевском Заволжье. Результаты моделирования влаго-иероноса в обыкновенных черноземах «оказали, что их орошение нормой 400 мм /включая влагозгрядковые поливы нормой <OO W приведет к подъему уровня грунтовых вод около X метра в год.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При обосновании параметров осушительного дрена*а необходимо рассматривать различные по водообесаечеыности критические периоды, с которыми связаны переувласноние корнеобитаемого слоя почвы и потери урожая сельскохозяйственных культур. Выбор наилучших параметров дрвнта рекомендуется проводить с учетом сдедуюицк факторов: требований растений к оптимальной вдагоооесиечаиности, экономических показателей, отракаощих затраты на строительство я эксплуатацию дреншной сети, и выхода объема сельскохозяйственной продукции за многолетний период.

2. Расчеты ьл его пере коса на примере аллювиальной луго&о-оолох-ной почвы суглинистого механического состава с коэффициентом фильтрации порядка 0,02 м/сут позволяет рекомендовать закладывать дре-накнум сеть на аналогачньк почвах поймы р.Москвы нп глубине и

о мекдрешшм расстоянием 35 м дня кормово й свеклы ж 55 м Для многолетних трав.

3. £дя уменьшения инфл-'.ьтрашонных потерь оросительной воды и сокращения питания грунтогьх вод в Куйбышевском Заволжье рекомендуется на незаселенных участках, отменных обыкновенным черноземом, а также на участках, где орошенио не связано о созданием промывного режима, снизить норму влагозгрядкового полива или во общо отказаться от «его.

По теме диссертации опубликованы следующие работы;

X. Лизиметр для одновременного изучения параметров ш дно го баланса и влагодареноса почз, "Бе стник сельскохозяйственна науки". Е»78, * 12, с.10Ь~П4 /е соавторстве/.

2*. Использование тензиометров при диагностировании сроков 1>о-лива. "Почвоведение", Л 6, с.75415 /в соавторстве/.

3. Термодинамический метод ошнкп режима орошения сельскохозяйственных культр. Тезисы докладов ре слубликанской научно-практической конференции молодых ученых, н специалистов Туркменистана. Ашхабад, 1й80, сЛ34.

4, применение модели тепдовлнгопореносн, в почвогрунтях" для расчета суммарного водопотребнания сельскохозайственаых культур,' "Почвоведение", 1ъ81, * I, с.50-6Ь /в ооавторстье/'.

6. Влияние режима водоподачи и почвенной среды на нроцеоо • влагопереноса. Теэисгы докладов 71 делегатскиго съезда ВОП, Х'зУ!, выпЛ, 0.1».

6. Некоторые особенности моделирования процрсса влагоперенооа в ночвогрунТах зоны аэрации. "Почвоведение", 1ъЫ, # 10, с,Ь6-1й2 /в соавторстве/.

7. Определение коэффициента влагопереноса по данным лизиметрически* наблюдений. В кн. "Пути рационального освоения и использования почвенного покрова Туркменистана", Ашхабад, 1681, с.72-73.

б. Применение текзиометров в оельскоы хозяйстве. В кн."Вопросы гидротехники и мелиорации в Туркменистане", Ашхабад, ЪЫ, т.ИШ.выв.З, о.Ш-^8 /в соавторстве/.

Расчет поливных норм но показаниям тензнометров. "Почвоведение", 1Ь82, * 6, 0,133-136.

10. дрогеодогичвские условия территории Одинцовского онорно-■ го пункта. Р кн. "Влияние орошения на плодородие почв легкого механического состава Московской области; М., ХЬВл, с.16-^4.

PÛ7?47 ^ Г/.аюва Знаа ЯI SO Тимж 1QQ Фо^шг BfrH/IB Ткпогрчфм! ВАСХКИЛ AtocKM, Б» JUpw гонидски! » л«^ 21

é

4