Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Прогнозирование водного режима орошаемых трещиноватых набухающих глинистых почв

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование водного режима орошаемых трещиноватых набухающих глинистых почв"

поекоесккн о?дпи труловсго красного знугш;

Ей правах рукот: :с 1

- Аль-латкб Г.'огс:гд

удк €31.6 '

ПРСШЗЗКРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕМА ОРСЙЙЕЗП * :'* . ТШЗНОВШШ НАБУШЗЗЯ ГЯЕ£ИЬ£ ПСЯЗ ■

05.01.02 - Мелиорация п. орошаемое зе1.«еде®9,

'-Автореферат'', днесиртадкк на-соискание учено! степени • кандидата -технических, паук- '■- .- -' _

НОСКЗА -1991

Л

/.

/ I

/

/ «.. ^ / /

Рабоза шюлн&ня. в Московской гидромелиоративном институте ( ИШЯ ).

На5чнз8 рукоЕодаге.'Ш ; - доктор техшадсхЕХ наук

- кеэдикг тасзг^сют, наук.

П. Зайстер . -

Офщальние кп^аввта' : - доэтср геааого-кгзэраяогЕчксктс наук '../•-." .- • . ' профессор

Б. М. Рссзк^ша ; - кандидат тезаячейках Н2ук, доцент 1. Н. ЕС5С50& '¿асуцзя ор?сгт$ац2я - 3/0 * Совингервод "

Ваггха дагкзртацшг состоится " _1331г.

в " /О " часов на .оаоеданиг Ссегшаггагрованого -соззта. K-I20.I6.ae. в .Московском гадрокаяворагазаом Енотатуге по адресу : 127550, Москва, уд. СряпЕлгзкзее, 19.

с даооертгагаС гашэ ознакосттьм в бжзлготэкэ инста- "' Т7ТЙ юа.

А9торй£»рат разослан '/О "

Ученый секретарь ссвцгаяизирозаном совета кандгд&т тезнэтеоапс наук ■ дсаэнч

г. 1!. Сургшхгз

..сш

■т дел дотаций

ОБШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Вгзтгйпкх современными ?колоютескжи к , хозяйственными проблемами зона срозземого землздеям мара является дефицит пресной вода, зас-сйенжи зечелъ, потеря почвенного плодородия, загрязнение. аовэрхносткых вед коллехторго-сброснтап водами с оросительных систем. Поэтов большое знзчекие имеет рациональное использование водных ресурсов, направленное нз активизацию биологического к замедление геологического круговоротов вода и растворенных в ней химических соединений ( питательных з токсичных ). Для этого надо знать закономерности движжил аод? и растзорзншх Ееществ в этих круговоротах. Особую сложность вызывает изучение маесопервноеа в трездозоватих нэоухаюцих глинист, почвах." Водный и солевой рэгам таких почв формируется особым образом, отличным от однородных ненгоухгзщих и нетрегшюватых почв. Орошение трещиноватых и набухззягах почв и подд. тжание йпагопряя-тюго мелиоративного состояния сельскохозяйственна территорий с твняш почвами связано со значительными трудностями. Неоднородность норового пространства, наличие трещин приводят к перерасходу дефшдатног поливной вода, к слабому опреснительному эффекту промывок заселенны! зекель, к некой эффективности орошаемого земледелия на таких почвах.

■ В связи с эиш весьма актуальна: исследования закономерностей передвижения воды по профилю орошаемых тревдновзтых набухавших глинистых почв и разработка мзгодов прогнозз их водного режима. . ; • .

Цель работы заключается а исследовании закономерностей Армирования и в р.-рэСогке методов прогноза зодкого ретаяз срсяр.е-шх трещиноватых набуханиях глинистых почв. Были поставлены, в ,

частноста, следующие задачи исследований:

1) выполнить теоретические исследования влагопереноса : почвах, учитквавдиз трещинсобразовакие, динамику набухания и водообмен между еоче?:кшми блоками и разделяющими их трещинами;

2) провести полевые и лабораюрныз эксперимента по изучение водного баланса орошаемых треплшоваткх набухавдих глинистых поч: и гллрефтаичуокше свойств таких пота;

. 3) на основе сопоставления результатов теоретически: и на-турнах вослйдоьзнаг оценить пригодность математической модел водного рожима для практических расчетов;

4) дать предложения по практическому учету тревднообразева щм и нэЗухания б глинистых почвах при обосновании рехима сроао-вик.

Мзтодика исследований. В оскову методики исследований бы. полотен натуршй и лабораторный, эксперимент, а таюке математическое моделирование изучаемых процессов формирования водного ре-кика трещиноватых набухающих глинистых почв в условиях орошения Результаты численного моделирования сопоставлялись с данными натурных экспериментов. Основой полевых опытов служил .метод' водао го баланса.

Объзк? исследование. Натурные исследования водяого режим трещиноватых н&бухаадга глинистых почв велись .... участке ороше нкя в Голодной степи. Для этих условий проводилось также числен вое ыодэетройаше процессов влаготареяоез. Лочвенно-климатачэс газ условия опытного участка близки к условиям нового массив орегеняя ка Алепской раште в Сирии, где распространен трещи к-ват^е аэлуханша гчапшелые ъочвк.

Ка заюлу пыжосися основные результаты исследований водно

го режима трекгноватцх набухащях глинистых почв:

1) закономерности формирования их. водного раккма;

2) имитационное моделирование вдзгопереноса в тагах почвах;

3) особенности технологии орошения.

Научная новизна. Моделирование вдагоперонос? в треш/псззтых наОухаюда глинистых почвах таеет сравнительно неОольщух историю. Лишь в 50...60-х гадах этого столетия появились первые рэ~ боты, посвященные учету набухания при описании движения почвеи-ной влаги. Тре15Ш1оооразованиэ в этих работах не учитывалось. В дальнейшем теоретические исследования в этом направлении практически прекратились из-за возникших сложностей моделирования. И лишь в последние годы снова появились работы, в которых дается описание 'процессов влагопереноса в набухающих глинистых почвах с учетом образования в них трещин. Данная работа является одаог ;:з первых, учитывавши влияние трещнообразованкя а набухания на процесс влагопереноса в глинистых почвах. В ней впервые кл основе новой математической модели дан теоретический анализ, а тькжв выполнены экспериментальные исследования закономерностей -формирования водного режимз трещиноватых набухающих'глинистых почв.

Практическая значимость работы определяется полеченной в результате исследований возможностью прогнозировать водны?. режим орошаемых трещиноватых набухающих глинистых почв. Такие прогиозы учитывают особенности свойств глинистых почв и позволяют устанавливать рациональные режимы и технологию их орошения, обеспечивающие экономное расходование пресной поливной воды, учитывать требования охраны гэчв и окружающей среды, кнтенсиыюе использование сельскохозяйственных земель.

Натурные исследования по теме диссертации наполнялись а <33-

ссеЯнз Аральского моря, шчэльно известном сложившейся экологи-'-гесгл кризисной обстановкой. Результаты работы могут быть использованы негоередстзэАЯО в даквом районе для обоснования раци-оьэлмьа реюмсв орошения на участках, ологвтш трещкноватшаг я<з(/У1аня1УИ глинистыми почвами, е такте ни аналогичных орснаешх мссиь&х » г; чэсткос-тк, массиве Алеио > в Сирии.

•-од^р:.:с:-л!е дпссер.т^ют!. Диссертация состоит из общей харак-терииъгк",: раостк, четырех глав, заключения. Объем работа 130 отра:!иц мачишотоского текста, 12 таблиц, 23 рисунков к приложении, вклвчакдее П рисунков. Список использованной литературы содор<и7 98 найменоььтй соЕетстких и зарубежных работ.

I' первой главе ошсивахлся оиобеаности природных условий ороьаемых земель С.к.Р., дается обоснование необходимости прове-дакан иослодсвзяий по прсгноякрованкю водного рвгшма трвздшова-тых в.-10уха«лз« глинисты.", почв.

Н* ¿¿.тенге СгриЯскоР Арабской Республики (.САР ) составляет около 1в млн. человек. .Площадь езпшя примерно 5 млн. гг, т.е. на каждого жителя страны приводится лпкь 0.3 га. Практически ис-Ч'.-ршша возможность дальнейшего расширения плсазли ггаига, поэто-' му остро стоит ¡троолекз иктеис;\1шсгцш: земледелия. Оснокым лу-погашения продуктивности земель в САР является их ороэение. . Сельскохозяйственное освоение и орошение новых терр'идориЯ (з частности, Алепского мгсспЕО) часто затруднено из-за распространения на них тргщтэватцх набухающих глинистых почв. Гшптс-почыг распростр&нгнц примерно на 40Л новых орошаемых территорий САР. В таких почвах слохно поддерживать благоприятный дм сельскохоэяйстьеняых растений Бодно-солевой режим. Поверхностны« самотечные поливы сопровождаются быстрым глубоким прссачивание>

еода пс системе трещин в начале полива к затем ( после смкгшя треищя в набухающей почвэ) практическим прекращением впитывания. Опреснение таких засоленных почв вдзг чрезвычайно медленно.

Клима? Снрж во многом определяется количеством выпадающих осадков, распределение которых регулируется горами на западе Сирии 'и Ливана. Контаненгальность климата объясняется близостью крупнейшк' пустынь - Аравийской к Сирийской.

Наиболее холодны!! мес=ц - январь, а наиболее жаркие - июль и август. Среднегодовое количество осадков в западной и восточной частях страны различается чуть ли fie в два раза. Максимальное количество осадков отмечается на ее западной границе и составляет 800 мм. В юго-восточной части количество осадков составляет 258 !.!,!.

В среднее по районам нового орошения Сирии радиационный ira-_ й

деке сухости, по Будако, к - (гдэ к - годовая суша ради-

ационного баланса, ос - осадка, i - скрытая теплота парообразования) за многолетний период сотавляет 2,5...3,0, т.е. примерно столько же, сколько и в республиках- Средней Азии СССР. Как-известно, показатель к в значительной степени определяет направленность процессов почвообразования.

На территории САР объединением "Совинторгод" Еыделены следующие основные типы почв: I - серо-коричнегае ( с подтипами се-ро-коричговых темных и серо-коричневых обыкновенных ); 2 - луговые серо-коричневые; 3 - аллювиашю-луговыо карбонатные. Эти типы почв занимают около 40« общей сельскохозяйственной территории. Морфологической осооонностью этих почв является наличие признаков вертисолэй (слитых почв). К ним м^хно отнести сетчатс-:-, полигонэльно-трепдошое строение в плане, вертикальную тре-змова-

"Ь-

тость почвенного профиля о. проникновением трещин шириной до I см на глусдау I м.

Серо-коричневые глинистые трещиноватые набухающие почвы характерны и для нобого массива сельскохозяйственного освоения Алепо плодадью порядка 100.000 га.

&:сзпери.ментальные исследования особенностей водного режима тр'^да'оьати набух.ащих глинистых почв выполненных рядом советских и зарубежных авторов С Голованов А. И.. Шестаков В. М., Пашке элийг И. С., Ьядерникоз В. В., Geralinn, Beven, Beuna J и др.) выявили ряд особенностей влагопер&носа в трещиноватые почвах, существенно его отличающих от ьл&голереноса б гомогенных средах:

11 при поверхностном самотечном орошении происходит быстрое глу&окое проезчмъанме вода по системе вертикальных трещи. Это ьнанвэ&т быстрый яодьем уровня верховодки или грунтовых вод;

2) фиьтрунцаяся.ло трещинам ьода оказывает слабое влияние на опреснение почвы, соле в которой содержатся, в основном, а С'локах между трещинами и в агрегатах. Промывки поэтому малозф^ Фиктивны. Дренаж также мь.юаЗфективен из-за низкой водопроницаемости _водсшеяазЕем пород;

и> высокая плотность, низкая аэрация и высокая засоленность блоков препятствуют развитии в гак растительных корней. Поэтому основная касса корчей развивается в трещинах между блоками. Там корни растений получают водно-минеральное пцтание, здесь же про-Hv-xjü'i их дыхание;

4) ь^яг'Л» ?>чмн-> в практике орсиения такие показатели состояния почв, км: ьлмлость, влзусемкпсть ( МЛ , HB и др.), содержание сол?й, vwc-cTt поглоданы, пористость и др.. - но отражают rpt-рогегаи'го характера порисуй структура ( наличия г.локов и

треида ), а относятся к целому почвенному слою, ¡ждйчаудему Трещины и олоки. Дял разьития же растений ка таких почем ггредяе всего нужно знать состояние трещин: содержание в них воды, воз- духа, солей, питательных веществ;

6) поэтому возникают вопроси: как ке орошать такие почеы; как устанавливать реккм орошения; Тагами показателями почен при этом надо руководствоваться; как избежать глубинных потерь поливной вода к ачзванных ими подъемов (подскоков) уровней вер/^-водки или грунтовых вод; как проектировать дренаж.

Отмеченные вше особенности годно физических свойств треси-новатых яаоу.хаицих глинистых почв обуславливают необходимость изучения их влияния на процессы влагопереноса в таких почвах.

В данной работе-на основе новых математических моделий рассматриваемых процессов с использованием данных натурных экспериментов удалось обосновать не только режим и технологию оросення и параметры дренажа, но и почвенные показатели, ориентируясь на которые, следует назначать полив.

Во второй главе огшсивавгся .природчохозяйственкия условия •проведения натурных исследований на участке Голодной степи в Ул-беглстэне, сложенном трещиноватыми глинистыми каоухэидими почвами.

Детальные натурные исследования по шдвлош:» закономерностей формирования Еодно-солевсго режима треишоватыгс набутаящих. глинистых почв проводились в Узбекской ССР на территории совхоза Ж в Голодной степи. Опытный участок, расположен а облает.! развития мощных пролшкальнше суглинков и глин ( модг.'остьв 15... 30 м

Климатические условия Голодней степи слизки к условиям •

Алепского массива САР. Годовое количество осадков - 300...400 км ( т.е. столько же, сколько на Алепеком массиве Сирии ). Среда-годовая температура воздуха 14..Л5°с ( Г?.1°с на Алепском массиве Сирии ), годовая сумма среднесуточных сцологаче^кк активных ( >Юес ■ температур - 4000...6000°с ( 55Г|0...вООО°с на массиве ¿ладя ). Ср-здн-змноголетние значения индекса сухости оставляют 2,5...3,0 (т.е. столько ¡в?, сколько и на Алепском массиве САР).

ПрэетудаотзеншЛ тип пота в ¡гзсто проведения оштоз в нас-■ тоедзе время - луговый серозем с кнтешжввнм влиянием грунтошх вод (которые находятся на глуЗине 2...3 м). Теп засол&ная - пре-х.нуцостеснно глоридйо-судьфэтааЕ, местами - сульфатно-хлорпдный.

По механическому составу почва огштного участка - среднэсу-гллннстая. Средю1й г.ОЕ^фщкен? флльтрацш в слое 0...5 м составляет 0.4 м/с^т. Глубине трещгнооОразовашш составляет 30..ЛШ см, что такке характерно для почз ыассива :Алепс в Сирии. •

Яо сравнению" с массивом Алепо, на. которой распространены трещиноватые кабухсюскб глинистые почвы, почвы оштного участка в Голодной степи содержат меньше глины, в них слабее проявляется набухаеиость, трещгковатость .к способность к образованию агрега-тоа. Показатель структурности (по А.ф. Вадвниной) псчеы статного участка оолы2&, а фактор дисшр-знасти (по Н.А. Кзчинскому} меньше, чем на массиве Алена. Поэтому моззгэ ожидать: выявленные в опытах в Голодной стет: особенности формирования водного реасзла, сьяг&кш*? с н^С'Ухаекссгьа и трешлновитогтыз. приданктельно к Ал^пскоку массиву Сирии, Судзт проявляться значительно сальнее.

Непосредственно в месте раололоатшл опытного участка поливная сеть втолг.еьь I- кие системы параллельных участков лотка.;« орскгелЛ с расстойЕКяма ьекду наш по 400 м к пожявних борозд, вергкаяних пет-тадкгсулярио оросителям. Расстаннк© ст

участка до c.Ttcraitero мэлхззяЕст^песго язяало ! 2кголь'е;:кого з MOHOJnrmci! Зетсннсй одэгщо) - около £ ку.. Дрето.ч нз участка сро-. шэння - закрытий гсрпзснтзльнкЗ rcmapiafii глуСкнсЖ дс С д расстоянием мезду дрекзг.и ее SCO

По хтаогаскоку ссстзгу сресд??.&:£эд ведз отгссател сульфатной и июрвдно-сулдфатног ( со Роззяозу йгзксвс.Т ). ."с л:г~ тэратуркш дакнем, мшеоолкззпгя ссссггэльнс^ золы угеллчллэе!- г 1969 года со Бэстоади время с 0.6 г/л до !.5 г/л по пр;г;Г" роста мпззралазацза речзей: еодн зз-зз соросз з рег.у коллукгсгео-дреназЕнд зод о ныаерасполсжзсаи с? речному оассеДиу сроепге".--Six сдстс-::.

Н третьей главэ озиезна сслс-sko :: лзеорзтегкь'з ш пзучезпз водзого реаима spusssats: ез'утзгепд су.-дасютад почв опытного участко.

Для проведения опытов по гзучзнла бсд»;го psrrvu сроиз*у»х суглинистых сероземно-дугсвш лочз на списанном ракээ сгатйс.« участке Скл оборудован стацяонзрянХ дязаметр с раздарзж; s глад-2.6x2.6 к з глубиной 2.5 м. В лазамзтре с пемедд-ю ке.Гл-с:-:«^ влагомера и гензяошгрса ведясь нзйлгд-знгя зз пвредптиклем по потаенно профилю. Окруззщз.;-? территория ( s-з ¡ггклгчен^ч шюцзда rocte-ao и. нэпосредстеешо пртанкагдэД к лпздчзгру) сгс-палзсе как z Бое прсззвсдстаенниэ орегземыэ учзе::-::! ссз.хсзз способам по бороздам. Еэ произзедег&гннем }"час-гк5 эгндтсм хлопчатником, ёэлгеь на&вденж зз ргзсксм срсдзшм. эззглгранспирящнз. дгкзмикоа влзяности шчнк л гдуожа уроэал г рук :cs^x г-сд для посладуасрго ор-зва^сия о- няма результатов расчетов со рэ.-рэга-тлваемоЗ моде.та влагопереноса.

.t232NBrp нкдзмзе? кенздиг печзк. станка кегерего зэкригы

ткдрсагзоляцзбй. .Дао вепзошроаано. Ж) вертикала вдоль одно!' сте-еи ъ дшжетр* установлена датчики тензиомзтров. Б центре лизв-кэтре имеется <яазшаза с вдутрвннгаа диаметром ¿б км для Езмэрея-■ ел влашости очдодьшх слоев тючва с помощью ней тронного вли*о-омера ВТ-Р-1 2 урвнй грунтовых вод. На пззвркностЕ почвенного 'моксшта установлена иуровзолировангая тго бокам ызталлачасгсаЕ сборная рг-ла для перюг^еского созданий в годе эксперимента слоя водк не паадрхяостг (для мсделировятш; поливав ).

В ¿пзЕметре прсвед&ЕЫ шт. лю* изучена' динллти скорости ,• ■ - впшза^ш, .аерераслрзделания •влаги по профилю почек мэаду тюли-. тшг. Поверхность дазшетра алСодаь от растение для обеспеченна . гозношоста проведэшя сдациашах вккперпмвнтов.

Свит гоказадЕ» что процесс вдетшавия вода в треащношдкх неО* гаицц почвах савясгт в .определенной сггяанг от вшшчш. тре-«ин, еу. шрзнн к I густая, что, I свое очередь, связано с раопо-ихйквак уровня груятовах вод и формой влагностн почзы. Исследование агаго проазсса показало, что на аарооть вшгшаания злаяет гдуз:к5 гроши: груатовкг вод. Близкие грунтов® воды аашдлгаз? скорость штавшш. Зто • объясняется уканьсгенЕвм градиента ка-' шлвярнэгз потэшшыа почваеной влага при бдизшс груетиви во-дыс. Пряыетггадьно к трвзяковаткы неаухавдвк гочвам дзподшггвяь-шй сеазш с уманьвешюм гдуоазн в шрини трещин при бди-

зкои *уровне грунтовых вод.

НХд скорость ¿пэтквчвия также вааяет «ышчввв начальной -вла-хяосте почвы. &шггьгвяшй протзкает существе ею дленное в солее кяазищ аох^лкэ ш чв&х. ь нвнаб^хаиш, и нэтрвгошоваял: почго. 8?о связано с ужшяаигек градиента давления почвенной влаги. Б траашовоаа ивЗузгзкшх . почвах ло дзпалнэт»дько соъяоняется С№»-ькйвм тракик яри увлмнвичк. 4 .рма каша. ша—'-сшу; в тре-

Егшоватуи набухащуи почз/, го олкгным данньм, практпческг нэ обличается от дана?икж шатнаания в ¿зтрепшсватыо 2 ненабухзв--яша почвы. •'

Отличительной особенностью пс^клэй влажнсста тс^вы при поливе- а набуханщуи грещиноввтув почву является быстрое узел» чениэ влажности " в глубоких горизонтах особенно при еизкоЗ ¿гчальноЗ Елазности и сравнительна медленно» ее дальнеЗгвэ уменьшаете з -этих горизонтах з процессе последующей инфильтрации в грунтовые • воды ( яре этом уровень гргвтовых вод быстро поднимается ), всасывания з почвенное блоки мезду трецинам а подтягивала влаги вверх по почвенному профилю за счет надасяярно-сорбтаонню: сил. Чем сушэ исходно почва, чем больше ширина г глубина треднн, тем заметнее айент быстрого глубинного провалнвания поливной воа\ При сравнительно высокой исходной влаяноста, когда тресинсобрззо-вание мало заметно,' дднамиха аяанноста почв в отдельных горизонтах протекает подобно однородном нэтрещновагьа» и аэяабухаизм .дочвгм: в первую очередь увлажняются зврхииз ело-, затем годэ поступает вниз. Итак, характерной особенностью формирования профиля влажности в трещиноватой набухают; Л" почзэ является быстрое проваливание води вниз ш система вертикальных тредин, затем подъем свободной поверхности вода в этгх трещгагх, набухание почры за счет впитывания вода в почвенные блоки мэхду треезмама, сро-двииениэ воды вназ до уровня грунтовых вод под влилкем хэгпл-"дярно-сор5ционшх и гравдгационннх сил, скькание трепля и замедленна , ( или прекращение ) впитывания.

. Для к эчествзнного .сравнения профплэа влажности, ¿юруиру»-цихся в процессе впитывания в нвтрвгоновагаэ и невабухапзга 1:0ч- _ вы, на рис. I схематически по фактическим данным изображает ха-ректврндо для обоих случаев профиля влоигоо.-и.. Из раоудао ел >ху-

Чк-

С fO

PO SO JfО

1 , 1 / i

! Ц\ > / '

I 1,- \

! 1 IV 1 г' £

4 J

i \ '

1 . i <

■

\ Г

I. Сп-'-^г^.чксь срашшнге irpopacE вязаноore ( £ ^ от c'ievin ьзагонБскаваоС: ПГЧЕЦ} nrr шггаяаквЕ i. одкг,рода/в

s традтезаатук кьб:ухащд. гачв" {£> прк одинаковой начелык/ft вдагнага! CS). Еыш? ?Г к 1"Е) сбразуятсй спустя 1час кож

гп.й!ьг:.

ет, что прсфшгь влакшстп з трешйоватой почве имеет на^синум влажности в нзиашх горизонтах скаченной толдк, в не в верхних горизонтах кок в нетреийноватых почвах.

Б лзОорачорагг. условиях па квнэругапнах образцах почий, тгобранных из генетических слоев почвенного профиля опнтного участка йо глубины 220 см, определена основная гидрофизическая характеристика (0ГХ), а также изучен процесс н^бухашгя и усадки

ПОЧЕИ.

Лабораторные исследования показывают, что особенности про-?:ассь набухании п усадки почв заключаются в ток, что

I) прсцасс ксбухавип происходит, в основном, в течонгв персах двух часов после увлшшогаш потаи. Боляшш набухания яро-порщгональнв плотности еочен п сбратнспропорциональна начальной влазнаета почт. Величина кабухяняя существенно меньше при гоз-тяшэк узггшгенан почва независимо с? состор.киг почвы перед ув-лсгшйЕнем," чек при одноразовом полном ее вэдвноесзнии;

2; сравнение интбнсивЕоезг. пабухешгя г епитыезеия еолн по-капскае?, что в начале процесса ешгшвзеия его интенсивность ооаы»е интенсивности набухания, в ДЕ.тькв&вх ееотношние меяду втас; процессами вкравпивгется.

Днагиг сштных данных тэахе шхааав&зт, что влажности, со-о-гвбтствтЕпая границе структурой: усаднк, бглгкв к влгжжстп-рри каксагдАЛЬгХЗ кюле;суляркс2 БяагэбЕносгт« -а влажность -.предела 5гса_тг- хсгсга соответствует каксжиальноЯ адсорбционной влагоем-гссспх.

Длн категктлческсго отыоазгз ссеоезхе .тахЕй-фкичаезах хб-ракиргстак насухапат - треигг-аэатах гвча .в влге ГЕВксюгсс«*.

сп лярЕе- сс рс пхопнс г с даис-ная Елагг. р, отрЕзтсста л и

«пг-й влагссроЕокгооти V от влакзсста'зэузвя ислссиасяят тег^нв-

чисшв разработки рада советстнах и зарубежных авторов, развитие впоследствии к.Н. З^йлигером, Предложенная математическая модель строения перового пространства трещиноватой вабухэздей почвы buojh6 удовл&тео^ .иельно описывает характеристику ОГХ такой почвы ж моягзт бвггь шшсльзованз для составления модели влагоперено-са.

Четвертая глава шсвяд&на имитацпоннсму моделированию водного режима трещшюаатых набухаизих глинистых почв и сопоставлению результатов расчетов с данными натурных исследований. Разработке теории движения вода в гетерогенных трещиноватых пористых средах посвящены ■ работг ряда советстких и зарубежных авторов ; Голованов А.И., Кац Д.М., Зборвдук А.Г., Cfcarbenaau H.J., Edwards W.K., Сегталп ). В этих работах описывается движение воды по трещиноватым почвам без учета даамини набухания. -

Приближенный теоретический анализ процесса впитывания в трещиноватую набухающую почву выполнил . Ю. Н. Никольский. Из его работы следует, что для описания динамики впитывания в .тредино-' ватую набухающую г инистую почву, можно в первом приближении рассматривать классические уравнение впитывания А.К. Костякова, Дж. Филипа, ОСартока, С.Ф. Аверьянова i др. в нетрещиноватул ненабу-хащуаэ почву, подбирая входящие в них коэффициенты для достижения соответствия натуре абсолютных значений скорости впитывания.

При моделировании процесса испарения (физическое и транил-рация) можно табака форма ьш игнорировать факт появления тренда усшсшия. Задача о влзголереносе в срединовгтлх почвах при известной интгнсивнопги влагообмена на поверхности'почвы ( в процесса ышадения дождя или при испарении- ) рассмотрена И.С. Панковским, - " '

Особое значение имеет рассмотрение процесса перераспределение влаги по профою тредпноватой набухающей гпишстой почвы после очередного полгва- В: ззз'еЯ работе использован упрощенный вариант математической мода;®, предложенной в последнее .время А.Ы.ЗеЙлигером. Суть этой модели заключается в следувдэм.

Рассматргзается одновременное дзинение по гас? же трещин и разделяемых зкз блоков ( матриц ), процесс расширения ш усадки трепщн ( зплоть до полного их -смыкания ; при выснхонии .пи ув-лагтанпп почвенного профиля,. а текке водообмен > екду трегинада и блоками. Для описания влагопареноса А.М. Сойлнгвром продлозека математическая модель в виде системы даффереьдиальнкх уравнений дбпззнпя веда в блоках ь трединвх, дополненная моделями: основной гидрофизической характеристики почвн (' 0Т1 ), коэффициентов влаюпроводности б.то-ов и трещин. Исходная гпг'орчгцпя, необходимая для.реализации ыоделй, базируется на данных ласораторн_з оштов го набуханию•почвенйыг образцов, по изучения ОГХ и влзго-проводаости сочен, нэ дшШЖ С- ийфокерфо логическом и гранулометрическом составе штаба-.

Для упроадвпя задачи ярогйегш водного рекпма в трезиЕоваигх нвоухагзих гленистеу почвах нами, по предлогептз ¿.М. Зейлигера, использована упрощенная медиаь вцдгзго риама, в основе -которой лэегт система воднооалансоЕих уравнешй: варгнег ><,слоя почвенного профиля, в котором развиваются процессы трешзнсобразсзанля (слоя с наиболее заметши пгмезавием влзашети гочвк), и кн:"его слоя, где трешшк практически не наолвдаются. Эта сястемз -уравнений имеет вид:

для грезил

1 гаГ°"3

А «т а ЗГ + <4р,р - ] - -Ъ,» А <*>

для Слагав с лшейшм ражэрсм и

5

3 , .

+ «то - ч0,б , ]> (2)

J

для водообмена -в системе трещинынытс

.1

Г. -__.к . Г>1~°--

iv •

нижней слой

л » 5 - 5 3 , (4)

Н й-О о," др * '

гда д д ¿»г - згзмезекие ззяасоэ воды, соответственно, в трепсгааХг блоках и в низшем слое. Эти ввжзшя рассчитываются следующим образом:

¿«„Л т'-"3 - «^-»и я1 -

" Т о * Л I. 2 а J 2 (. О.т J

.[ И - р»"1); - (5)

д

»б - ( н - * ♦ -г-'. <Г> *]; се>

**нугв «' - х ,

а "й - { - » } 1 [ -( ---] >х * *( и7гв - <1

угв

е*р i -*»г

с

, Г 2 - к' 1 (7>

4 ' т-ь )

В формулах (I)...(7) применялась следующие обозначения: „. пц - пористость элементарного представительного объема (ЭПО), блока и шпшего слоя, соотвественно; и. - объем тредин в процентах от общего объема; р - значение капиллярного потенций'-*-ла для блока; - величина насыщенности порсвого пространства блоков; г - степень заполнения трещин водой; с^, ся~ дифференциальная влагоэккость я влагояасыденнссть блока; со с^ -дкф^еренцгальЕкй коэффициент пористости ЭПО и блока; коэф-

фициент влагопрсБодности блока; НурВ- уровень грунтовых еод; модность расчетного слоя; в, с - эмпирические коэффициенты; чос*чор ~ ос2»® 2 поливная норма, в мм; ^ вертикаль-

ный водообмен на низшей границе трещиноватого слоя, происходящий через трещины и тело блоков, соотвественно."

Сравнение рассчитанных и экспериментальная данных по изменениям влажности почш и уровня грунтовых вод для условий проведения полвЕ&х опытов- показало их хорошую сходимость, что подтвердило практическую пригодность предложенной модели (1)...<7).

На рас. 2 в качестве примера показано сравнение рассчитанной и измеренной в полевых опытах динамики влажности «г, осред-ненной в трещиноватом слое 0...80 см. Здесь также показаны результаты расчетов хода »» и водообмена ч с подстяландим слоем-по модели (1)...(7) и классической ждали бесструктурной почвы.

Расчеты .показали, что максимального раскрытия трещины достигают при объемной Елахкости :шзчш ' ( в долях от о^ъеко водона-сыщенной почвы ) менее О,1Б...Д;20- Елакность завядачжя составляет примерно 0,1...о, 15. Лрэдаш закрывается при объемной влажности почвы более 0,25...0,27 (при обкей пористости ее - около ('•,50), т.е. соответствующей примерно предельной полевой нлгтоам-нос-ти ОТЗ. Оптимальнее для растений предала отмэкэйия агчхгссть

ьг

й4

0.3

0.2 о

ю

30

Рис.2. Сравнение расчетов даалжки объемной злажнс «г (в долях от объема влагонасыщенной почвы; сдое О...80 ом трещиноватой набухающей суи яистой почвы и динамики инфильтращонного с ,, роса влаги п вниз из зтого слоя з течение I

вкх суток после.полоша

1- расчет по модели трвЕяновйтой почвы;

2- расчет по модели бесструктурной почеь коэффициентом фильтрации, увеличенным до м/суг;

3- расчзт по модели бесструктурной гочвь коэффициента фильтрации 0,4 м/сут;

о- измеренные значения

почвы, которых следует придерживаться в течение вегетации в кор-необитаемом слое составляют (0,С...1,0)ППВ = 0,20-..0,35, т.е. влажность долкна быть ниже той, при которой трещины заплывают. В оптимальном для растений интервала влахности трещины всегда при-, сугствуют. Общий объем трещин при уменьшении влажности от ППВ до 0,6 ППВ увеличивается от 0 до 5...Г5Ж от объема водонасыщенной почвы, т.е. в оптимальном для растений интервале влажности им доступно в трещинах от 0 до 0,05...0,15/0,35 = 15...40% общих влагозапасов почвы в течение относительно коротких промежутков времени.

Для предупреждения "проваливания" поливной воды по система трещин транзитом в глубокие слои почвы и для сокращения непродуктивного испарения воды из трещин мокно предложить проводить регулярное мелкое (на глубину 5...10 см) рыхление почвы до и после каядого полива. Такая рекомендация на нова, но на практике, к сожалению, не используется.

Для подтверждения такого предлоа:евия по увязке режима орошения с системой агротехники была вшолнэна серия расчетов водного баланса трьщиноватого слоя 0...80 см для условий опытного учвсткз в Голодной стеш при различных режимах орошения хлопчатника и условии поддержания влажности почвы в различных пределах, внутри оптимального для растений интервала: 0,20...0,36 ckVcm9. Проводились расчеты водного режима . для случая орои^ния без рыхления поверхности и по модели бесструктурной почек для случая орошения с рыхлением поверхности. Применение модели бесструктурной почвы в последнем случав весьма условно, т.к. истинная картина инфильтрации воды в трещиноватую почву, покрытус сверху разрыхленным слоем, более сложна. Однако в первом приближении модель для бооотруктурной почва позволяет поковать влияниз arpo-

технической обработки почвы на водный баланс корнеобитаэюго слоя, особенно для условий относительно хорошо водопроницаемой почвы (к0 - о. 4 м/сут) опытного участка в Голодной степи.

Поливы назначались в расчетах из условия поддержания влажности почвы в благоприятных для растений пределах: от 0,21, 0,23 или 0,25 С т.е. от 0,6, 0,66 или 0,71 ШВ в различных вариантах расчетов ) до ППВ - 0,35 в кораэобигаэмом слое, переменном в течении вегетации.' Глубина расчетного корнеобитаемого слоя . ( слоя увлажнения ) увелрушвалась в течение вегетации с 0,4 до 0.8 м по мэре роста хлопчатника. Суммарное испарение рассматривалось зависящим от влажности почва. 3 результате расчетов вычислены величины оросительных нора ор^ ц орг и величины йушаршх за Ёэгатацйэ глубинных ипфильтрацнонных потерь поливных вод с4 и для случаев, соответственно, бе.з поверхндстного рыхления к с поверхностным рыхлением. Результате расчетов показаны в табл. I.

Таблица I

Сравните оросительных коры ор и величин шфильтрационных потерь. <з, рассчитанных для условий, когда проводится пред-, гояивиая и поелаполивная обработка поверхности трещиноватой набухающей глинистой почвы ( орг и ) и когда такая обработка на проводится ( ср^ и )

Предполивная о » в г

влажность ( в долях от .объ- ор1 б 0РЯ о г огг

ема водонасы-щенной почвы) ш ММ мм Ш

о.гг 1032 198 870 33 0.19 0.04

0.23 996 82 964 55 0.08 0.05

0.25 Г036 122 1024 ПО 0.12 О.П

-J3-

Как следует из этой таблицы, поверхностное рыхление весьма эффективно для умеренной водоподачи, когда дорггускаетея снижение влажности яочвн до нижней граница оптимального интервала - до С,6 ППВ. В этом случае с поверхности почвн развивается интенсйв-кое треащЕообразование, приводящее, если не провести поверхностное рыхление, к большим глубинным сбросан ( ISS от оросительной нормы нетто ) и к интенсивному физическому испарению. Поверхностное рыхление долнно сократить ает потери в 4...5 раз. Это позволит снизить оросительные и поливные нор),и.

Расчеты водного режима трещиноватой почвы также дали интересный и, казалось бн, неожиданная результат. Рост предадаозкой злэжости с 0,21 до 0,23 не еызвэл логичного увеличения оросительной нормы ср^ а привел газ® к ее снижению в связи с сокра-гэнием ин5яльтрацданных потере , которое явилось следствием набухания почвы и постоянного смыкания водопроводящгх трещин. Снезешэ ôt облегчило действие дренакз к привело к отпускавши грунтовых вод глубине 2,5 м. Дальнейшее увеличение првдскилшной влажности вновь сопровождайгея ростом инфильтрацпснных потерь е , оросительной нормы ор и подъемом уровня грунтовых вод. Инфхльгр-ационшэ потери ' увеличиваются ' из-ss, усиления влагопрозодаостя самих почзенных блокоз. Отсюда следует, что, если ко проводить поверхностное рнхленш почвн, то для экономного вспользовашя поливной во.нн предаоливную влаг-нооть почвн следует поддерзивать в относительно узких яределахгне айве 0.S5 и не вше 0,70 от ППВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Трепщновзтш набухающие глинистые почвн широко распрост-рэненн на орошаемых и пригодных к орошению территориях в различных странах мирз. 3 Сирии они занимают около 40% пригодных для

-¿У-

сельского хозяйства территорий.

2. Развитие орошения таких почв сдерживается в связи с особыми их свойствами: наличием системы хорошо водо- и воздухопроводных трещин < до глубины 1м) в относительно сухих почвах и слабопрокицаедах для воздуха, воды и корней растений почвенных блоков между трещинами. Максимальной ширины такие трещшш достигают при злаиности почвы менее 0.5 1ШВ. Полное смыкание происходит в течение нескольких часов при достижении влажности значения ПЕВ.

3. При поливах в сухую растрескавшуюся почву С при предаю-ливяой влааносиз в слое 0-80 см меньше 0.65 ШЗ ) -значительная часть воды непроизводительно сбрасывается в глубокие недоступные растениям слои. Корни растений получают значительную часть водно-минерального питания и дыхания з системе тренщн, концентрируются в ней и слабо проникают в почвенные блоки. Опреснение таких почв затруднительно.

4. Проварена материалами натурных экспериментов математическая модель прогноза водного режима трещиноватой набухающей ' глинистой почвы, учитывающая взаимосвязанное двикение воды по системе трещин и почвенных блоков между ними, а также процессы набухания и усадки почвы, сужения и расширения трещин.

5. Для описания процесса впитывания в набухающую трещиноватую глинистую почву можно в первом приближении использовать кдассичсекие уравнения впитывания в ненабухающую и кэтрещинова-тув почву, подбирая е них лишь соответствующие натурным условиям параметры.

6. Для списания процессов формирования водаого режима трэ-

-¿г-

зшовзтых набухающих глинистых почв в условиях, орспевия, включающих динамику алагозвпасов почвы, водообмена между почвенным слоем и лочвообразущей породой, классическая модель влаготоре-носа в бесструктурных нетрещиноватых почвах малопригодна.

7. Для рационального расходования еоды при орошении трещиноватых набухающих глинистых почв рекомендуется рыхлить их поверхность на глубину не более 10 см до и посла каждого полива, либо проводить поливы при влажности не ниже 0.65 и не выше 0.70 ШБ.

3. Использованная в работе математическая модель формирования водного режима можэт найти такаэ применение при разработке модели солевого реима трещиноватых набухзрдах глинистых почз.

заказ-4«

ЗАКАЗ № 17Э4. ОБЪЁМ-Ш. Л. ТЧГ-АЖ-100.

ГОТАР!>ИКТ МИКЗа.