Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Расчет водно-солевого режима в подтопленных почвогрунтах Гвинейского побережья, находящихся под воздействием морских приливов (на примере острова Кабак)

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Расчет водно-солевого режима в подтопленных почвогрунтах Гвинейского побережья, находящихся под воздействием морских приливов (на примере острова Кабак)"

> ' И • ■ ; ' ' •

. X ^ ,и МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЩЦРОГЛЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукошси СИДИ. Морлай М'Бемба

УДК 631.4:631.5:672

РАСЧЕТ ВОДНО-ССШЕВОГО РЕШМА. В ПОДТОПЛЕННЫХ ПОЧВОГРЖГАХ ГВИНЕЙСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ, НАХОДЯЩИХСЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЮРСКИХ ПРИЛИВОВ (НА. ПРИМЕРЕ ОСТРОВА КАЕАК)

Специальность 05.01.02 - мелиорация и орошаемое

земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научные руководители: - доктор технических наук, профасоор

Д.Ф.Шульгин

- кандидат технических наук, доцент Ф.В.Качановский

Официальнне оппонент": - доктор технических наук

Н.П.Кураяов

- кандидат технических наук А.М.Зейлигер

Ведущая организация - Российский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова

Защита диссертации состоится " декабря 1992 г. в ^ ~час на заседании специализированного совета К.120.16.02 в Московском гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, ул.Пря-ншникова, 19. ? -1/2.41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "_££" ©над^ря 1992 г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат технических наух.

доцент • Т.И.Сурикова

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ ■

Актуальность работы. Сельскохозяйственное, использование црибреаных мангровых земель Гвинеи, находящихся под воздействием океанических приливов в условиях тропического климата о явно выраженным сухим и дождливыми периодами, имеет свои особенности, осложняющие 8то использование.

Мангровые почвы потенциально весьма плодородны. Они довольно хорошо гуыуоированы (3.. .6% гумуса и более) и содержат значительное количество общего азота (0Д5. ..0,3$). В сельском хозяйстве их занимают в основном под рис. Однако потенциальные возможности мангровых (сульфатно-кислых) почв используются пока недостаточно.

Проведенный анализ природно-хозяйствэнных условий, сложившихся на прибранных мангровых землях массива Кабак, подверженных регулярному периодическому затоплении морскими приливными водами, показал, что получаемая на них в настоящее время средняя урожайность риса 1,0-1,2 т/га далека от потенциального плодородия этих земель, которое может достигать 5,0 т/га. Поэтому важно устранить или уменьшить влияние факторов, ограничивающих производительность мангровых почв.

На всех затопляемых приливными водами мангровых приморских' равнинах основными видами мелиоративных мероприятий являются сникение засоленности земель и их раокисление. Засоленйе почвы происходит в силу затопления ее океанической водо'1 во время приливов (особенно в сухой сезон), а зачисление почвы связано о множеством факторов, главнш из которых являются окислзние сернистых соединений и большое содержание в почве подвижных форм алюминия. Обычно против засоления почвы борются в период дождей, а против закисления - в сухой период, затопляя поля на некоторое время морской водой.

В период дождей происходит промывка почвенного слбя от токсичных веществ всех видов, и выращиваются культурные растени... В сухой же период прибегают к временному затоплению земель океаническими водами для раскисления земель и выращиванию сидератов для удобрения почвы.

Как показывает практика, при осушении земель и полном их ограждении от доступа морской воды в почве бистро снижается за-

пас органических веществ и интенсифицируются окислительные процессы, что приводит к деградации земель. Такой же эффект вызывает и глубокое осушение дренажем мангровых земель.

В таких условиях: оказываются актуальными количественные методы прогнозирования водного и солевого режимов на мангровых землях рисовой системы и целенаправленное применение прогнозов для управления этими режимами на протяжении календарного года в соответствии с требованиями рисоводства.

Цель и задачи исследований. Диссертационная работа посвящена решению ряда вопросов, связанных с функционированием гидромелиоративных рисовых систем на мангровых землях, подверженных затоплению морскими водами приливов. Рассматривается соловой режим по хлоридно-сульфатным компонентам почвенного раствора, занесенным в чеки в результате периодического затопления земель океаническими водами. Изучение не динамики соединений подвижных форм алюминия, железа, марганца и других веществ, образующихся в почвенном слое и тоже токсичнш: для растений риса, в данной работе не проводится. Этот вопрос требует специального рассмотрения. .

Основные задачи проведенных исследований:

- гидравлический расчет водопроводящей сети на рисовой системе на основе статистических данных о выпадении осадков и с учетом того, что каналы выполняют двойственную функцию при сбросе и подаче воды в чеки;

- расчет фильтрации в берега побережья массива Кабак при приливах-отливах вод океана и определение зоны их влияния;

- выбор и анализ математических моделей- для количественного описания (прогноза) изменения суммарной концентрации хлорид-,то-сульфатных солей в почве рисового чека в соответствии с технологией выращивания риса и природными условиями;

- разработка алгоритмов расчета солевого режима численным методом и программы на языке ФОРТРАН;

- выполнение прогнозных расчетов солевого режима в почвенной толще рисового чека;

- определение фильтрационных и гидрохимических параметров переноса солей на образцах почвы ненарушенной структуры (монолитах) , отобранных на объекте исследований;

- расчет динамики депрессионной кривой на кеадренье после сброса водн из чека перед уборкой урожая.

Методика исследований. Основными методами исследований являлись аналитические и численные решения дифференциальных уравнений неустановившейся фильтрации и конвективной диффузии о учетом равновесного сорбцаонного обмена мекду почвенным раствором и почвенный поглощающим комплексом (ППК).

В проведенных лабораторных экспериментах на образцах почвы ненарушенной структуры (монолитах) определялись воднофизические и гидрохимические параметры почвогрунта и солей хлористого аммония (). Химический анализ фильтрата из почвенных колонок проводились: по хлор-иону аргентометрическим способом, а по иону аммония на фотоэлектроколориметрз (КРК-1). Математическая обработка экспериментальных выходных кривых выполнялась с применением ЗЗГЛ по методике, разработанной в ТвеШ.

Научная ювизна работы состоит в следующем:

- предложен расчет нестационарной фильтрации океанических вод в берега побережья острова Кабак при приливах-отливах, позволяющий прогнозировать подпор подземных вод, подтовление зэ-медъ и зону влияния колебаний уровня океана на земли поберегся- в результате проделанной работы впервые- разработана математическая модель процесса движения солей в почве рисового чека, учитывающая принятий режим океанической и дождевой воды в рисовые чеки и технологию выращивания риса на мангровых почвах;

- разработан алгоритм численного решения задали солеперено-са в толще рисового чека и составлена единая программа для ЗЭД, учитывающая все этапы технологии выращивания риса;

- для входящих в расчетную модель солепереноса гидрохимических параметров, решены вопросы их идентификации по материалам лабораторных экспериментов на монолитах почвы.

Практическая значимость работы. Используя результаты проведенных исследований, можно с помощыо ШМ прогнозировать содержание хлоридно-сульфатных солей в норовом раотворе почвенной тс лци рисовых чеков, рационально выбрать продолжительности периодов заг-топления чеков морской водой и промывки почв, перейти к планированию агромелиоративных мероприятий на рисовой системе о целью достижения благоприятных условии для произрастания риса.

- е -

Апробация работы. Основные положения и материалы работы докладывались и обсуздагась на научно-технической конференции Тверского политехнического института (1990, 1991, 1992 гг.).

Лубликация. По материалам диссертации написана статья в сб. трудов ТвеПИ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений, списка литературы (180 наименований) и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе описаны географэ-юшматические условия различных районов Гвинеи, почвы и их сельскохозяйственное назначение. Даны сведения о гидро-географических особенностях и почвен-но-мелиоративном состоянии объекта исследований - острова Кабак.

Территория острова Кабак составляет 86 кы^ и представляет собой равнинную местность со средней высотой 3-5 м над уровнем океана. С севера на вот остров пересекает гряды песчаных наносов - дан, образовавшихся в результате морских отложений (рис.1). На дюнах расположены населенные пункты, а между ними - сельскохозяйственные (рисовые) поля. Эти поля в естественных условиях подвержены затоплению океаническими приливными водами как в дождливый, так и в сухой периоды.

Затоплению территории способствуют две крупные, реки Моребая и форекария, впадающие в океан и их многочисленные притоки, по которым распространяются вверх по течению приливные воды океана.

На массиве Кабак на ллощади 2350 га была построена гидромелиоративная рисовая система с каналами разных порядков, водовы-пусками,шлюзами, оградительными дамбами и другими сооружениями. В настоящее время эта система не отвечает своему назначению и требует существенной реконструкции. В первую очередь необходимо восстановление местами разрушенной оградительной дамбы на океаническом побережье острова, предотврандающей фронтальное затопление приливными водами прибрежных земель массива.

На территории острова Кабак распространены одни из наиболее специфических молодых почвенных образований - мангровые почвы, которые формируются при особых геокииматических условиях: на прибрежных, затапливаемых океаническими приливными водами, районах,

Рис. I. Региональная карта мелиоративного объекта Кабак

под влиянием мангровой растительности,на аллювиально-морскнх отложениях, при тропическом климате с явно выраженным сухим сезоном. Мангровые почвы широко используются в сельском хозяйстве, в основном для возделывания риса.

Хотя мангровые почвы весьма плодородны, хорошо гумусированы и содержат значительные количества обцего азота, получаемые на этих почвах в настоящее время урожаи риса далеки от их возможностей.

На полях рисовой системы острова Кабак, как и на всех затапливаемых приливными водами мангровых приморских равнинах, основные видами мелиоративных мероприятий являются снижение засоленности почв и их раскисление.

Засоление почвы происходит в результате затопления еэ морской водой во время приливов, а закисление почвы обусловлено множеством факторов, главным образом окислением сернистых соединений железа (пирита ГеЭг,). Пирит образуется в результате восстановления сульфатов морской воды в анаэробной среде. В условиях тропического климата длительное затопление земель слоем воды приводит к накоплению в почве продуктов восстановительных процессов: сероводорода, закисных подвижных форм соединениц железа, алюминия, марганца и других компонентов, токсичных для растений. Повышенное содержание этих элементов в почвенном растворе ухудшает развитие растений сильнее, чем даже избыток ионов водорода.

Обычно против засоления почвы токсичными веществами борются в период дождей, поддерг-сивая в чеках слой воды и промывая толщу почвы. Мероприятия по раскислению почвы проводятся в сухой сезон, когда поля на некоторое время затапливаются морской водой.

Для освоения мангровых почв необходимо проводить мероприятия по рациональному сочетанию раскисляющего воздействие морских ь опресняющего влияния дождевых вод. Для уменьшения закисления необходимо иметь неглубоки! (поверхностный) дренаж, не допуская, таким образом, глубокого понинения уровня грунтовых вод (ШЗ) и увеличения аэрации покровной толщи. Последнее усиливает процесс разложение органических веществ и окисление пирита.

Принятый прием рассоления (раскисления) на рисовой системе острова Кабак предусматривает периодическое затопление рисовых полей морской водой в течение сухого сезона с помощью системы каналов, оборудованных шлюзами. Елюзы позволяют управлять режи-

мом подачи морской вода на поля. Подача морской воды такю способствует привносу на поля солей и морской биомассы, полезных-для растений.

В работе приводится почвенная карта острова Кабак и гранулометрический состав главнейших подгрупп почв. Анализ почвенных разрезов показывает, что почвенная толща на массиве имеет весьма малую мощность (0,1-0,4 м) и представляет собой илистую серую или жалто-сероватую глину в смеси с перегнившей растительностью. Под глиной залегает слой сероватого мелкозернистого ила. Этот слой обладает большой вязкостью и содержит большое количество органических веществ (2-4 % от общей массы). Ншга маломощного илистого слоя залегает конгломерат коричневато-красного цвета. Конгломерат состоит преимущественно из железистого кварцевого песчаника. Этот слой обладает малой проницаемостью и может рассматривается близким к водоупорному горизонту.

Проведенные наш лабораторные опыты на образцах почвы ненарушенной структуры (монолитах), отобранных на массиве Кабак из пахотного (20-30см)и подпахотного слоя и помещенных в фильтрационную колонку, дали соответственно следующие значения коэффициентов фильтрации и водоотдачи: К = 0,074 ы/сут,уЧ= 0,050 и К =» 0,004 м/сут, /U в 0,046.

Вторая глава посвящена некоторым вопросам расчета водопровс -дящой сети рисовой системы на виной части объекта Кабак - в секторе Юлая, площадью 850 га (рис. 2). На этой системе предусматривается сеть каналов разных порядков двустороннего действия, предназначенных дая попеременного отвода избыточных и промывных вод с рисовых чеков в период доздей и для подачи морской солоной воды 3 чеки в сухой сезон для того, чтобы избегать глубокого снижения УГО в чеках и произвести раскисление почвы. Двойственность функций каналов требует, чтобы абсолютные значения отметок воды н них (следовательно и дна их) определялись в зависимости от отметок поверхности рисовых чеков и необходимой величины командования горизонта воды в каналах. При этом каналы системы устрашаются , минимальным уклоном дна.

Главной функцией водопроводящай сети рисовой системы является отвод за пределы системы избыточных вод в сезон доздей. Поэтому расчетные, расходы каналов устанавливаются на основе анали-

ОБОЗНАЧЕНИЯ "

§9-ШЛЮЗ-РЕГУЛЯТОР .......и МАГИСТРАЛЬНЫЙ КАНАЛ МК-4

«ли ал и I— погнахоа

-—длмса оградительная

--ДЛМгЛ~ЬОАОРАЭДЖЛ

... границ-а мчастк-а дороги

- САДИКИ МЕ*ЧЕКО»ЫЕ

г0ри5онтали нас ' п*мнм1 пчмкты на а« и ах

«ЛЧ. Лииия'бсрсга

¡1 II \\

Рис. 2. Гидромелиоративная рисовая система Кабак. Схема водопроводящей сети сектора Юлае

за статистического распределения осадков за шоголотшШ норпод наблюдений. В качестве исходных данных нами были взяты хронологические ряди месячных сумм осадков самых доядашвых месяцев года -- июля и августа за 35 лот (1952-1986 гг.). Для сглаживания эмпирического распределения осадков произведена его аппроксимация различными теоретическими законами распределения случайных величин. Обнаруживается-хорошее согласие эмпирического распределения с законом Лапласа-Шарлье.

Размеры каналов сети и их глубина наполнения водой рассчитываются по известным формулам гидравлики. Проработаны вопросы расчета сети на пропуск максимальных и минимальных расходов воды, т.е. на размыв и заиление каналов, а такав дан расчет трубчатых водовыпуской. Приводятся данные по оградительной дамбе.

Разработаны принципиальная схема н графики ежесуточного маневрирования затворами шлюза в характерные периоды работы системы.

В этой не главе рассмотрена задача осушения почвогрунтов на мевдренье после сброса слоя воды с поверхности чеков. Снижеш УГВ будет происходить за счет испарения и дренирования грунтовых вод каналами. Используется решение уравнения водного балансг, записанного в дифференциальной форме:

при начальном условии

-1 = 0 Л (о) = т. ( 2 )

Здесь обозначено

осредненная глубина потока на меддреньо а момент времени , отсчитываемая от водоутгара, м; от-

метка уровня воды в канале, м; & - расстояние мезду картавили каналами, м; т - мощность покровного слоя, м; К , /Ц. - оо 1.'-ветственно коэффициенты фильтрацп:; и водоотдачи грунта чека, м/сут; и = Са АМ - интенсивность испарения, Е» - испаряомоот:,, ы/сут, ¿ъ^ояяь - средний путь фильтрации, м.

Решение задачи (1)-(2) имеет вид

Лш^+^-А)^-.^.) (3)

ГД9 п с^анг^+ш,

~Ь •г £, т-

Из зависимости (3), описывающей динамику снижения УГВ на мея-дренье, найдем мездренное расстояние В по формуле:

Вг ■] акуч^ъ«. , 4 \

1 т *\ ЕоЫ v * '

Здесь Ни* = П1--Я, _ норма осушения; -Ье. - время достижения нормы осушения.

В третьей главе рассматривается задача фильтрации в берега побережья океанических вод при приливах-отливах. Вторжение соленых океанических вод в прибрежную зону при приливе вызывает подпор УГВ, возникает угроза засоления и заболачивания прибрежной территории. Отлив океанических вод, наоборот, играет дренирующую роль для вод, сформировавшихся на массиве. В результате повторяющихся приливов и отливов в прибра-кной зоне формируется некоторая квазистациокарная ограниченная область влияния океана. Очевидно, непосредственное засоление земель прибрежной зоны морскими водами будет ограничено этой зоной влияния. Поэтому представляет теоретический и практический интерес рассмотреть динамику зоны влияния приливов-отливов океана на прибрежные земли.

Решением задач нестационарной фильтрации занимался ряд советских и зарубежных авторов, среди которых С.В.Аверьянов, В.И.Аравин, Н.Н.Биндеман, Й.М.Бочевер, Н.Н.Веригин, Г.С.Габаян, Н.Г.КамеЕский, Н.П.Куранов, А.Е.Муфтахов, С.Н.Нумеров, С.Ш.Нурод-жанян, П.Я.Полубаринова-Кочина, В.С.Саркисян, Б.С.Шержуков, В.М.Шестаков, Ы.И.Глыбов, Купер, Рорабо, Феррис, Сорхгеймер и др.

Для решения задачи прогноза рвлила фильтрации пользуемся основным да^еренциальным уравнением неустановившейся фильтрации грунтовых вод (уравнением Буссинэска), которое дая случая одномерно* ф>пльтрации записывается в виде (рис. 3):

где = & С*»*) - отметка свободной поверхности грунтовых вод (воз-гниение над плоскостью отсчета); 5£н(х) - отметка регионального водоупорного ¿оризонта; К - коэффициент фильтрации грунта; ^ -коэффициент водоотдачи (или недостаток насыщения) грунта; £ - интенсивность инфильтрации атмосферных осадков, поступающих в грунтовые воды; х - расстояние по горизонтали; "Ь - время.

Рис. 3. Расчетные схемы к задаче о фильтрации воды в берега побережья: а) полусграниченная область, б) ограниченная область

В работе рассматривается задача фильтрации води в берега побережья в полуограннченцый пласт с вертикальной береговой границей (рис. 3 а) и в ограниченный пласт с вертикальными напорными границами на обоих концах при периодическом законе колебания уровня океана на этих границах (рис. 3 6).

Для Атлантического побережья Гвинеи характерны приливы с полусуточной, месячной ж полугодовой периодичносгяш. Учет одновременного влияния всех этих цршшвно-отливннх циклов на процесо фильтрации океанических вод на поберезьо затруднителен. Поэтому, пренебрегая влияниями месячных и полугодовых циклов, уровень океана определяем следующей зависимостью:

-¿(о,*)

где - отметка уровня океана в момент.-Ь , отсчитываемая ох

плоскости сравнения; Яиллчк, Ж.соответственно максимальный и минимальный уровни океана, м; Т - период одною полного цикла колебания океана, принимается равным Т ^ 0,5 сут.

Для получения аналитических и численных решений использует-, оя линеаризированное уравнение Буссинеска (при £ » 0):

( 6 )

Ъ х

с: краевыми условиями Т = о

Т ~гО

-ах« А С* 1 о") = ^и.

X. = О

-Х-усо -Лсоо^тг) =

( 7 )

( 8 ) О ) ( Ю ).

Для случая ограниченного фильтрационного потока используется условие:

= о сп)

Здесь - коэффициент уровнепроводности; - уровень .

грунтовых вод, соответствующий положению спокойного океана; Ь - половина расстояния между левой- и правой границами, потока (рис. 3 б).

Полученные аналитические решения задач для полуограниченной и конечной фильтраций имеют соответственно вид:

и» ) ^ 5 £ д* ^ Г£ . <Ыг7

Ь У*" + М°е ] ( 13 )

Здесь

Я = х

Функция ,т) с трелит ся к нулю при больших значениях времени.

Расчеты по зависимости (12) при значениях уровнепроводности тчвогрунтовой толщи побереяьяО*= К = 10 , 50, 100 , 500,

1000 м~/сут показали, что протяяенность.зоны влияния приливов-отливов растет с уватачением (X* от 35 до 360 м. Для побережья Кабак, где сг*.мало» зона влияния будет незначительной. Возмущения океана будут гаскгься в теле оградительной дамбы.

В четвертой главе приводится краткий обзор работ по изучении процессов миграции водорастворимых веществ в почвогрунтах, математическая постановка задач по прогнозировании процессов солеш-реноса в почвогрунтах рисовых чеков, численные и аналитические решения задач солевого прогноза. Дан анализ методов расчета гидрохимических параметров по данным лабораторных экспериментов.

Аналитическим и численным методами решения задач по прогнозу движения водорастворимых веществ в почвогрунтах под действием промывок, поливов а испарения, основанным на схематизации реальных природных гидрогеологических условий и процессов солепереноса в почвогрунтах и использовании закономерностей физико-химической геогидродинамика, посвящены работы ряда авторов. Сюда относятся работы советских ученых С.Ф.Аверьянова, И.П.Айдарова, А.А.Алекса-:-шанко, Г.П.Беловой, Л.И.Бочевера, В.В.Ведерникова, Н.Н.Веригина, Н.И.Гамаюнова, А.И.Голованова, Л.И.Горева, Л.Б.Дворкина, В.Е.Клыкова, Н.П.Куранова, С.Н.Нерпина, Б.Ф.Никитенкова, Ю.Н.Еикольско-го, А.Я.Олезйника, А.Е.Орадовской, Я.А.Пачепского, В.В.Рачинского, Л.М.Рекса, Н.М.Решеткиной, В.В.Шабанова, Б.С.Шеркукова, В.М.Шес-такова, Д.Ф.Шульгина, А.Ф.Чудновского, А.М.Якиревича и др., а также, зарубежных ученых Н.Амундсона, Г.Бреннера, Дж.Биггара, ,

■П(2п-и")

ги

= о,»,*,...)

Э.Бреслера, Н.Дкуринака, Котса, Б.Смита, Филипа и др.

В работе рассмотрена одномерная математическая модель для количественного расчета процессов засоления и рассоления (раскисления) почвы рисовых чеков:

^ = - о!.« ЛГ ае _ /¿М г Т4 )

«¿м-т^, (15)

Краевые условия берутся в виде:

-ь=о = (ад, ы^^гйШ3

-Ъ>о (Аи*-с1асУг)т = с(35,ЗСМ^ (15)

дцесь С(ц,-ь), Ы(М0 , С«» Мо - соответственно концентрации солей ¡3 свободном почвенном растворе в в почвенном поглощающем комплексе (ППК) в точке.с координатой ^ яв момент 4г , начальные концентрации в момент времени -Ь = 0, т/л; Р . - коэффициент скорости Обмена между почвенным раствором и ППК, [#"] «= оут~*; - коэффициент распределения вещества ( = ), Г - постоянная типа Генри, (0,01 ^ «¿^ 30); 1М«, - свободная (активная) пористость; © =Э|ч + "А IVI . - коэффициент конвективной диффузии (гидродисперсии), .- коэффициент молекулярной диффузии в пористой среде; - параметр дисперсии, [©] = ¿г^/сут, [>Г] «= м; V" - скорость нисходящего или восходящего штока в покровной толще,ы/оут;

- координата, отсчитываемая от поверхности зешг, м; - мощ-ноотьпочвенной толща, м; с£» , Ыг , «¿з . £1 . - постоянные, равные 0,1, или - I, что позволяет получить разные краевые условия и случаи 1,операции солей в почвенной толще; СГ - минерализация дарового раствора слабопронщаедаго грунта, подстилающего покровную, мелкоземную толщу мощности -£ ; С* - концентрация солей в воде, подаваемой в чеки (С*^ Ом и С* = Сп _ соответственно концентрации солей в морской и доздевой воде).

Из уравнения кинетики солеобмена (15) следует, что при С> сем/т«. происходит адсорбция (поглощение) веществ твердой фазой почвы, а при - десорбция их, т.е. переход

веществ из ППК в почвенный раствор. В предположении, что процесо солеобмена в каадый момент времени близок к равновесному, система

- Г? -

уравнений (14)-(IS) заменяется одним уравнением.

a-t -эу 1 ®

где lvu(< +г) = кпаС- эффективная пористость или ем-

кость поглощения (выделения) вещества из породы.

Анализ предполагаемого на массиве Кабак режима подачи воды в чеки и принятой технологии выращивания риса (рис. 4), позволь ет сформулировать следующие математические постановки задачи, соответствующие характерным периодам технологического цикла (то есть с/х года).

I. Период затопления чеков слоем морской води с концентрацией Сщ^г 30-35 г/л в течение Февраля-марта (сухой сезон). Для этого периода следует в (17) и (IS) полежать = = I, o¿b = о, = -I. J^e, «= I. Тогда получим

тгse

-t=o = 0oC\h) »

( 18 )

(19 )

Эта же постановка справедлива в вегетационный период и перед ним (июнь-ноябрь), когда в чеках поддерживается слой дождевой воды, нужно только вместо См взять концентрацию солей в дождевой воде Сп .

2. В апреле-мае сухого периода при выращивании сидеритов на рисовых чеках имеет место процесс восходящего движения солей к поверхности почвы (засоление). В этом случае следует положить

= -I, ¿г = 0, о= I, ^ = в I. Тогда получим:

yvu _ , т

i = o ((^Ojafiní^),

('pí^l) ( 20 )

Э*

-t>0 «>-- - ag

lle.P, мм 1000 ' 800 600 too 200 » Г

/ / \ ч \

Р - осадм t, № ато! ММ л Fi ! / ! \ V >

JL - сл ЧА Ой L£Q£J ълен ия рисовых J ч

ч / г* N

1 гси*!ю г/л> Сп* ь— г/л! Сп»0,3 гЛД 'Сп*

Месяцы -

Расчетные периоды (сут) I (62) П (59) I (61) 1У (61) У.(122)

Водно-солевой режим ва рисовых чеках Засоление поверхностного слоя за счет испарения почвенной влаги Засоление почвы при затоплении ■ чеков морокой водой концентрации ' , См*30 г/л Рассоление почвенной толщи при инфильтрации осадков (без затопде-. ния) Йромывка почвы затоплением чеков дождевой водой перед вегетационным периодом Сп-0,3 г/1 Рассоление почвы затоплением рисовых чеков пресной (дождевой) водой в течение всего вегетационного периода Сп'0,3 г/л

Зельскохо эяйственные работы • ■ уборка урожая борьба против закис-ления почв в сухой сезон выращивани зеленых удобрений (пвдератов вспашка ! ПОДГОТОВКЕ рисовых полей Вегетационный период

Рис. 4. • Режим подачи воды на рисовые чеки и график среднемноголетних осадков (Р)

( 23 )

Солевой процесс в толще чека в период декабрь-январь (при интенсивном испарении почвенной влаги) таете будет описываться этой моделью.

3. В сухой сезон возможны кратковременные периоды довдей, вызывающие некоторое рассоление верхней толщи покровного слоя. В этом случае следует принимать Ж) = Ыи = о/3 = I, и I, = о. Тогда:

ос*,в) = , ±у0 ^»о лг [ссо,^_оР~|ау^о,0?

ЭдесьТг в £ - интенсивность нисходящего штока в почвенной толще.

В дальнейшем под концентрацией C(^з■.i) следует понимать сумму токсичных' солей хлоридного и сульфатного типа, привнесенных в чеки океанической водой. Эти соли являются основными лимитирующими факторами урожайности риса.

Практическая ценность численных решений на ЭВМ задач солепе-реноса в значительной степени определяется точностью нахолсдения-опытных гидрохимических параметров переноса и обмена. В главе дается литературный обзор таких методов. В нашем случае находились коэффициенты конвективной диффузии Э (или > ) и эффективная пористость

Определение параметров Э- и ^»проводилось на той же фильтрационной колонке и с теки ка монолитами почвы, что и при определении И и (глава I). Для нахоздениявиспользовалаеь выходная кривая, полученная для несорбируемого иона (хлор-иона), а для определения использовалась выходная кривая для сорбируемого иона МН-4 . Для исследований брали хлористый аммоний. Нахождение параметров по выходным кривым проводилось по методике, разработанной в ТвёПИ. Для исследуемых почв эти параметры оказались равными: 53 = 0,0008 ь^/сут О = 0,064 м) и К>4 = 0,425.

Использование общей математической постановки задачи (16)-(17) для рассмотренных выше случаев позволило разработать универсальный алгоритм численного решения и единую программу для ЭЗМ (на Фортране), позволяющую вести нецрерывный расчет динамики поля

концентрации солей в почвенной толще чека для одного года ш нескольких лет подряд.

С помощью разработанной Фортран-программы была проведена (на ЭВМ EC-I036) серия расчетов солевого режима почвенной толщи чека. На рис. 5 приведены результаты расчетов при следующих исходных данных: Си = 30 г/л; Сп = 0,3 г/л; С^.о") = Со = СР = 5 г/л: ГО=><= 0,425; X в1,0 м;^=Е = 0,0004 м/сут; = 0,0005 м*/сут (для случая засоления поверхностного слоя 1г = 0,004 м/сут и

с 0,0008 м^/суг). Продолжительность расчетных периодов определялась согласно рис. 4.

Как следует из анализа кривых равных концентраций солей в почвенной толще (рис. 5), ко времени высаяивания рассады риса почва уже рассолена (освобождена от токсичных солей) до допустимого предела, и в вегетационный период в ней подчеркивается благоприятный для растений солевой реям.

Расчеты проведены также и при других значениях исходных данных Сг И УГ .

Разработанная программа позволяет просчитывать различные возмогшие варианты технологии выращивания риса при тех или иных начальных условиях: ж рационально организовывать процесс выращива-' ния риса в конкретных ситуациях.

В работе получены точные аналитические решения уравнения молекулярной диффузии (в уравнении (17) принималось^ в0 и S в Эт* cü 10 м^/сут) при разных начальных эпюрах распределения солей в почвенной толще и затоплении чека слоем морской или дозде-вой воды. Сравнение этих аналитических решений с чиоленными решениями уравнения (17) при Лг £ 0 показало, что при скоростях фильтрации в толще почвы Тй- 0,0004 м/сут эти решения мало отличаются, в особенности для времени затопления меньше SO суток, характерных дляП, Ш й 1У периодов (рис. 4). Таким образом, солевые процессы для этих периодов могут рассчитываться по точным решениям уравнения молекулярной диффузии.

основные вывода и твдошзия

I. В работе дан анализ особенностей климатических и почвен-но-мадиоратявных условий црибражных мангровых земель Гвинеи, используемых для рисосеяния.

85 С,ГА

Рис. 5. Водно-солевой режим почвы на рисовых чеках для случая СГ 4 0 <СГ*5Г/50 .

а) засоление поверхностного слоя за счет испарения почвенной влаги (декабрь-январь),

б) засоление при затоплении чеков морской водой концентрации См « 30 г/л (февраль-март),

в) засоление почвы при инфильтрации осадков до затопления чеков (апрель-май),

г), д) промывка почвы при затоплении чеков дождевой водой (СП =0,3 г/л) перед вегетационным периодом (ишь-икшь) и в вегетационный период (августь-ноябрь)

2. Разработаны прадлонения по расчету основных параметров мелиоративной сети объекта Кабак.

3. Сформулирована математическая модель задачи о фильтрации воды в береговой полуограниченный и в береговой ограниченный пласт при периодическом законе колебаний уровня океана на границах. Получены аналитические решения для динамики УГВ в берегах побережья при океанических приливах-отливах.

4. Определены размеры зоны влияния цридивно-отлшзного процесса на разим УГВ прибрежной территории.

5. Сформулирована математическая постановка задачи прогнозных расчетов солешреноса в почвенной толще рисового чека, учитывающая режим подачи морской и дождевой воды.

6. Разработан алгоритм численного решения задачи солепере-носа методом конечных разностей и составлена единая программа доя азм.

7. Проведены лабораторные эксперименты на образцах почвы, отобранных на исследуемом объекте, для определения фильтрационных и гидрохимических параметров, входящих в расчетную модель. По известной методике найдены эти параметры.

8; С использованием составленной программы для ЭВМ проведена серия численных расчетов солевого режима- почвенной толщи. Анализ кривых равных концентраций солей в почве показал, что ко времени высаживания рассады почва уяе раосолена (освобождена от токсичных солей) до допустимого предела и в вегетационный период в ней поддерживается благоприятный для растений солевой редаш.

9. Сравнение полученных точных аналитических решений для уравнения молекулярной диффузии (Г7) с численными решениями при V ^ О, показало, что при скорости фильтрации 1Г4 0,0004 ы/сут эти решения мало отличаются,, особенно доя времени затопления чеков + 6 60 сугг. Поэтому солевые процессы доя. этих периодов (рис. 4) могут рассчитываться по точным решениям уравнения молекулярной диффузии.

10. Проделанная работа позволяет определять состав мелиоративной системы, рациональные параметры и оптимальный режим функционирование, в частности выбирать продолжительности периодов затопления' чеков морской водой и промывки почв.

СЩ|---