Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Разработка и использование математических моделей для исследования водного обмена на мелиорируемых землях

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Разработка и использование математических моделей для исследования водного обмена на мелиорируемых землях"

)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН ПО ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи УДК 631.432:631.62.631:67

КУЗНЕЦОВ Михаил Яковлевич

РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНОГО ОБМЕНА НА МЕЛИОРИРУЕМЫХ ЗЕМЛЯХ

Специальность: 06.01.02 — Мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МИНСК

1990

/

Работа выполнена в лаборатории почвенной гидромеханики ордена Трудового Красного Знамени Агрофизического научно-исследовательского института ВАСХНИЛ.

Научный руководитель: член-корреспондент ВАСХНИЛ, доктор технических наук, профессор С. В. Нерпин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Б. А. Файбишен-ко; кандидат технических наук А. А. Новиков.

Ведущее предприятие — Ленгипроводхоз.

Защита состоится «Я» УII 199Х) года в ^{Ои часов на заседании Специализированного совета Д 099.03.01 при Белорусском научно-исследовательском институте мелиорации и водного хозяйства.

Адрес: 220040, г. Минск, ул. М. Горького, 153.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского научно-исследовательского института мелиорации и водного хозяйства.

Автореферат разослан Ж У! 1990 года.

Ученый секретарь '

Специализированного совета, кандидат технических наук В. Т. Климков

0Щ1Я ХЛРШ'КРИСТША РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации определяется современными тенденциями использования математических методов для ускорения научно-технического прогресса в агрономии и молиорации.

Традиционно совершенствование управлении агроэкосистемачи основывалось, главннм образом, на развитии технических средств и способов воздействия на эти системы: орудий обработки почв, мелиоративных сооружений, поливной техники, В последнее время осознана необходимость совершенствования • и другого важнейшего аспекта управления - подготовки и принятия решений. Дли -этого требуется разработка соответствующего шформ&ционно-методичоско-го обеспечения, основанного на сочетании данных полового опыта с результатами математического моделирования процессов на сельскохозяйственном поле с использованием современной ЭВГ.

Компьютерные модели в научных исследованиях 'открывают новые, возможности, позволяя объединить накопленное знания эмпирического характера с элементами существующей теории онерго- и массообмена в среде обитания растений на .мелиорируемых яемлях. Модели, адаптированные к конкретным объектам и прошедшие испытание, на адекватность, могут, служить как средством исследований, так и средством управления, нзляясь составной частью автоматизированных систем принятия решений на трех временных уровнях проектном, технологической подготовки к следующему сезону,оперативном.

Подготовительным этапом к разработке методологии управления агроокодогичеекими системами являлись исследования до ..целевой программе О.Ц.О,51., в рамках которой и выполнялась настоящая, работа.

Целью работы является разработка методического обеспечения для выбора и обоснования параметров и режимов управления водным обменом на мелиорируемых землях с использованием иолуэмпиричес-ких моделей.

Для достижения этой цели сказалось необходимым: - разработать математические модели, нозеоллгощио в конкретных условиях устанавливать связь м-эзду параметрами режима орошения и параметрами дренажа с одной стороны и злягообеспеченностыа посевов, общим расходом во ;>' И ее потерями пря орошении с другой стороны;

- выбрать физиологически обоснованный критерий влагосбесне-чанности растений, ¡значение которого может быть найдено в процесса численного моделирования влагообмена на мелиорируемых землях;

- учесть в модели водного обмана зависимость хозяйственного урожая от степени вларообег.пзчзшюиги пссевов и течение всего вегетационного периода;

- сформировать условия на границах области моделирования применительно■к задачам расчета режима орошения, осушения и двухстороннего регулирования водного режима почв как в одномерном, так и в двумерном случаях;

- разработать алгоритмы программы на ЭВМ для решения рассматриваемых краевых задач, провести вычислительные эксперименты с целью исследования применимости моделей в различных агроэколо-гических условиях;

- показать применение моделей при выработке проектных решений

Научная новизна работы заключается в создании семеЯства прикладных моделей,,ориентированных на решении мелиоративных задач по управлению водным режимом почьц путем исследования связей шжду параметрами управления, а именно: сроками и нормами полива, уровнем грунтовых вод и такими управляемыми параметрами системы, кик общий расход поливной води, величина потерь на инфильтрацию, хозяйственный урожай сельскохозяйственных культур.

Практическое значение работы заключается в том, что разработанные модели водного обмена на мелиорируем!,к землях дают возможность создать автоматизированные системы управления водным режимом, позволяющие решать вопросы экономии поливной воды,: повышения продуктивности к охраны мелиорируемых земзль.

Реализация работы. I.- Основные положения метода расчета режима орошений сельскохозяйственных культур включены в "Методические рекомендации по использованию численных методов на ЭВМ водного режима почв в исследованиях по программированию урожаев" (Ленинград, 1981 г.).

2; Результаты исследований переданы и использованы: • а,) в .Ленгигтроводхозе при разработке" проекта Саверо-ЕршоБСкой оросительной системы,•

б) в Туркменском НИИ гидротехники и мелиорации при оценке влагообеснеченности посевов и управпении водным режимом сельскохозяйственных полей,

в) в Туркменском СХИ при обосновании агромелиоративных приемов возделывания хлопчатника на тяжелых почвах,

г) в Чувашском СХИ при обосновании требований к точности получения гидрофизической информации,

д) в Институте почвоведения и программирования урожаев им. Н.Пушкарова (НРБ) при обосновании проекта мелиоративной системы двухстороннего действия.

3. Опубликованы статьи в журналах, сборниках научных трудов.

4. Выполненная работа лежит в основе курса лекций и практических занятий "Моделирование водного обмена на мелиорируемых землях" на кафедре инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среди ЛПИ им. М.И.Калинина.

Апробация работы. Основные положения диссертации были до-ложенн на. научно-технической конференции "Осушение и сельскохо- : эяйственное освоение переувлажненных земель Колхидской низмен- -ности" (Поти, 1981 г.); научно-техническом семинаре "Математическое моделирование гидрологических процессов" (Новосибирск, 1984 г., Душанбе, 1988 г.); XIУ научной сессии молодых'ученых и специалистов Института пустынь АН СССР (Ашхабад, 1985-г.); научно-технической конференции "Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке" (Уссурийск, 1987 г.); Всесоюзной школе-семинаре "Автоматизации научных исследований и проектирования АСУ ТП в мелиорации" (Фрунзо, 1988 г.); Всесоюзном совещании "Гидрофизические функции и влагометрия почв" • (Ленинград, 1987 г\).

Публикации. По теме диссертации имеется 20 публикаций.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех ■глав, заключения и списка цитированной литературы.

Объем диссертационной работы составляет 186 страниц, 1 включающие 19 рисунков, 21 таблицу.

. Список цитированной литературы вклвчает 165 наименований.

СОДЁШАНИЁ РАБОТЫ

Первая глава "Математические модели водного обмена на мелиорируемых землях" посвящена построении полуэмпирических моделей водного обмена на мелиорируемых землях, основанных на гидромеханической трактовке процесса влагопереноса в почвах и грунтах и на использовании обобщенных эмпирических зависимостей для описания роста и развития растений, накопления биомасси, физического испарения и транспирации.

Модель содержит четыре взаимосвязанных блока: почвенный, гидрогеологический, агрометеорологический и биологический.

Биологический блок представлен зависимостями прироста сухой биомассы от транспирации растений и коэффициентами распределения биомассы между корнями и листьями. В работе принято, что прирост площади поверхности листьев или корней пропорционален приросту биомассы этих органов, а коэффициенты распределения зависят от сорта, степени влагообеспеченности растений, периода онтогенеза, общей биомассы растений. Смена фаз, определяет' ся биологическим временем, рассчитанным по сумме накопленных температур.

-В качестве обобщенного критерия влагообеспеченности растений р использовано отношение фактической транспирации Е к потенциально^ ее значению Ес .

Для агрометеорологического блока входными служат данные об осадках (поливах) 0о и интенсивности потенциальной эвапотранс-пирации Е0.) • Часть осадков перехватывается растительным покровом; оставшаяся часть Оа впитывается в почву, а при интенсивности дождя, превышающей скорость впитывания, учитывается формирование поверхностного стока.

Для определения фактического испарения с поверхности почвы используется предложенная А.И.Будаговским зависимость, учитывающая величину листового индекса Ь и относительную влажность почвенного ¥п и атмосферного '/в воздуха:

т - параметр. , •

4 '•',■■

При описании поглощения влаги корнями растений и транспи-рации растений Е сделано допущение о постоянстве всасывающей силы !? корневой систем,! по почвенному профилю.

На основе экспериментальных данных (А.А.Араколян, С.И.Долгов, В.С.Зуев, И.И.Судниции, В.Слейчер, С. de Witt, R.Feddes, R. Hanks ) принято, что транспирация линейно снижается с ростом логарифма всасывающего давления в диапазоне от критического давления Рк до давления эавядания Р2 . При избыточном увлажнении почвы на величину транспирации оказывает влияние как эффективное содержание воздуха У , так и распределение давлений в профиле. При этом получены следующие выражения для расчета интенсивности корневого водопотребления S и транспирации £ :

/г*) - -щткт Ч(f/pм) со(х)•

tg (-Р) - J<o(x) if C'P M) dx ,

Р<Рн

Emax /- EH ,

где Рн - значение давления почвенной влаги, отвечающее предельной полевой влагоемкости; Ет - максимально возможное значение транспирации; Ец - минимальное значение транспирации при полном затоплении корнеобитаемого слоя; 6->fx) - плотность распределения массы корней; hK - мощность корнеобитаемой зоны.

Описание функционирования почвенного блока ведется на основе теории фильтрации во влагонасыщенных и ненасыщенных почво-'грунтах.

В работах С.В.Аверьянова,- Г;И.\фанасика, И.П.Айдарова,Н.Ф. Бондаренко, А.Д.Воронина, А.М.Глобуса,Л.И.Голованова,Н.И.Дружи-нина,С.В,Перпина,С.М.Яикг>ЛоСКого,Л.Я.ОлеГ1Ника,Я.А.Пачепского, И.С.Пашковского,!.М.Рекса,A.B.Ситникова, Б.А.Файбишенко,

W' Gardner, E.ßres/er, J, Rabin, .1. Phihp,■ A. Freese и Эр.

5

показано, что описание влагоперопоса может быть достигнуто при использовании уравнения

~ сПуК дгас!Н

где IV - влажность; К - коэффициент влагопроводнрсти; // - гидростатический напор.

Рассмотрены постановки граничных условий для одномерной ьертшсальной задачи влагообмена и для двумерной задачи профильной фильтрации при двухстороннем регулировании водного режима на фоне систем!,/ горизонтальных одинаково заглуоленнмх дрен, а также для двумерной задачи расчета режима капельного орошения в цилиндрической системе координат.

На боковых границах в двумерном случае, при наличии симметрии или периодичности, задается условие непротекания (за исключением границы области, занятой дреной).

На нижней границе задается условна третьего рода, позволяющее моделировать различные варианты гидравлической связи рассматриваемой области влагопереноса с нижележащими слоями грунта:

к Ш = к°б(н~ное>-а)),

где К02, НеЯ - параметры; Л - вертикальная координата.

На поверхности почвы в общем случае с учетом возможного затопления и возникновения поверхностного стока краевое условие предложено записывать в виде

^[ЩМ^'Оо-Ег-Гп'

где /г - толщина слоя воды на поверхности; - функция Хе-

висайда;. - скорость впитывания; Упо&. - скорость поверхностного стока; у ■- горизонтальная координата.

На боковой поверхности канала или закрытой дрены предложено задавать граничное условие в общем для всех случаев виде

.где 71 - внешняя нормаль к боковой поверхности дрены; Кур -коэффициент гидравлического обмена драны; Ндр - заданная функция гидростатического напора воды в дрене. В пределах возможного участка высачивания ИдР-Х , а ниже ИдР -, где Идр0'~ - напор воды в дрене.

6

При моделировании в.чагообмона с открытым каналом или полостью Кдр принимается достаточно большим - порядка 10 1/сут. Как показали вычислительные -.эксперименты, такая замена при сохранении достаточной степени точности существенно упрощает алгоритм численного решения и ведет к сокращению объема вычислений, связанных с проверкой условий впсачивания. При наличии сильно проницаемой дренажной заедали оказалось целесообразным вынести это граничное условие на боковую границу дренажной засыпки.

В качестве начального условия задается функция распределения Н(х,\)1®) во всей области моделирования.

Для опенки эффективности гидромелиоративных мероприятий в модели использована эмпирическая зависимость /М-Уетеп, и.вгерлей/^ устанавливающая связь между урожаем и влагообсспечонностью растений в течение всего вегетационного периода

УМ=П(Ёк/ЕокГ\

к-1 _ __

. где У и Ус - фактический и потенциальный урожай; Ек и Еок -фактическая и потенциальная транспирация за К -ый период онтогенеза; сск - эмпирический параметр.

Эта зависимость позволяет использовать полуэмпирическую модель водного обмена для установления связи между режимом орошения и урожаем, а тачке между урожаем в годы с разным количеством осадков и параметрами осушительных систем.

Вторая глава "Алгоритмы численного решения краевых задач влагообмена на мелиорируемых землях" посвящена разработке алгоритмов численного решения одномерных и двумерных краевых задач влагопереноса в насыщенной и ненасыщенной зоне почвы и грунта с учетом возможного затопления поверхности почвы.

Анализ существующих численных методов решения одномерных краевых задач влагопереноса при расчете испарения из почвы или инфильтрации с образованием слоя воды на поверхности и без него показал, что наиболее эффективны с точки зрения затрат машинного времени при сопоставимой точности алгоритмы, основанные на использовании консервативных конечно-разностных схем с ;согласованными по точности аналогами граничных условий, для которых соблюдяотся закон сохранения почвенной влаги.

В работе показано, что использование неконсервативных схем

может приводить к значительному дисбалансу массы воды, что ограничивает их применение для расчета влагопереноса в почве. Поэтому для расчета одномерного и двумерного внутрипочвенного влагопереноса в работе используются неявные консервативные конечно-разностные схемы, построенные по А.Л.Самарском}' интегро-интер-поляционкым методом баланса на неравномерных пространственно-временных сетках с линейной интерполяцией функции сеточного напора между соседними узлами по пространственной координате.

Для решения полученной нелинейной системы алгебраических уравнений используется итерационный метод линеаризации кривой водоудериания, дополненный линейной экстраполяцией по двум предыдущим временным значениям Н для вычисления начального приближении

f. hLz^á = f л

^¡Л- ■

-Здесь X - дифференциальная влагоамкость; 5 - номер итерации; j - номер предыдущего слоя по времени; h, 4г - номера узла по координате X и ij соответственно; 1J - шаг.по времени t .

Sél

s

d - сеточный аналог коэффициента влагопроводности.'

Отмечается (Л.А.Самарский, О.Д.Сиротенко) существенная за-

с ■

висимость результатов расчетов от способа вычисления величин CL , В'работе показало, что использование наиболее .часто употребляемых формул, например, среднего арифметического и среднего гармонического значений может приводить к существенному искажению решения при наличии значительных градиентов гидравлического на' пора. Удовлетворительные результаты получаются при использовании этих формул только в случае значительного сгущения узлов по 0V .

пространственной координате в окрестности области резкого изменения давления почвенной влаги, при котором значения р в соседних .узлах отличаются не более чем в 2-3 раза.

Принятый метод построения разностной схемы привол к вычислению Cls в виде интегрального среднего

\K(p)dp/(pS~ps).

■ п

Путем афоксимации заданной функции К(Р) на отрезке интегрирования [Ptf,PsJ кусочно-степенной функцией вида К=СР удалось достичь резкого снижения затрат машинного времени при вычислении &s .

Тестовые эксперименты по расчету динамики испарения из 10 сантиметровой колонки показали,что на достаточно мелкой по пространственной координате сетке с шагом hi = I мм все рассмотренные еышз формулы для расчета С15 приводят к практически одинаковым значениям потока испарившейся воды. На грубой сетке с hi = J см близкие результаты к полученным на мелкой сетке дает только вычисление О- s на основе интегрального среднего (максимальное отклонение не превышало 1СЙ), а использование формул среднего арифметического или среднего гармонического приводит к существенному (до 300^) завышению или занижению расхода воды на испарение.

Рядом авторов (В.Е.Щадилов, J.Rubin ) отмечено заметное ухудшение сходимости итерационного процесса при решении системы уравнений модели в случае затопления поверхности почвы. В работе показано, что роста объема вычислений можно избежать, применяя метод локальной линеаризации кривой водоудорживания к уравнению баланса влаги на поверхности с последующим сглаживанием разрывов.

Для граничных поверхностных узлов дифференциальная влаго-ёмкость X и влажность W вычисляются по следующим формулам

. + i-i^(p)^Jp)]; •

>uJW = ^ arc (p/W) + :■

CJ - парамотр, J

Выражение в квадратных скобках обеспечивает гладкость коэффициента 1 при переходе через точку р-о , что улучшает сходимость общего итерационного процесса решения системы коночно-разносших уравнений. При атом не требуется проводить поиск момента затопления поверхности, поскольку баланс почвенной влаги и слоя воды на поверхности автоматически выполняется с заданной точностью. Результаты вычислительных экспериментов подтвердили эффективность предложенной процедуры

Затраты машинного времени при моделировании инфильтрации в сухую почву с затоплением ее поверхности оказались в 2 раза меньше, чем при использовании алгоритмы, включающего поиск момента затопления и смену граничных условий на поверхности при образовании и исчезновении слоя воды. •

Для решения системы конечно-разностных уравнений на каждой итерации 5 в одномерном случае использовался метод прогонки.

В настоящее время существует большое число методов решения систем алгебраических уравнений, возникающих в результате конечно-разностной дискретизации двумерных дифференциальных уравнений параболического и эллиптического типа. Применительно к задачам неустановившейся фильтрации б насыщенной и ненасыщенной зонах почв используются такие методы, как метод верхней релаксации, продольно-поперечной прогонки, неполной'факторизации Вулеева и ряд других методов.

Нами был применен метод сопряженных градиентов с неполной факторизацией по Холесскому. (МСГНФХ), предложенный для решения систем линейных уравнений с положительно-определенной симметричной матрицей и получивший дальнейшее развитие. Отмечают (Л). Кег-з-Илу/) значительно более высокую скорость сходимости данного метода (в 20 и более раз) по сравнению с такими стандартными методами, как метод верхней релаксации, неявный метод переменных направлений, метод сопряженных градиентов (МСГ). МСГШХ основан на использовании МСГ для ускорения сходимости стационарных итерационных методов решения системы линейных уравнений о симметричной, положительно определенной матрицей.

Применительно к системе уравнений АН - р , очередное приближение (-¡^ находится из решения следующей системы: •10

где = 'Л/¿„-о '

^г' - номер итерации при решении линейной системы.

..^трица полагается равной В - ¿В¿Г ; - нижняя

троуго ьиая матрица, нулзвые элементы которой соответствуют ненулевым элемннтам матрицы А и заполняются, исходя из факторизации Холесского:

Ы

-¿ЙР "А-, ¿^¿^Д* для

N - общее число узлов сеточной области; ]) - диагональная матрица: Л у у

В рабств данный метод развит применительно к особенностям стремы уравнений. Показано, что дополнительное ускорение сходимости имеет ме;то при заполнении нескольких ближайших диагоналей к внешней границе полосы матрицы Л . Дня окончания итерации используется условие (£(п)> )/(£/0), ) < б , после чего вычисляется новое (£!ьО приближение, а при выполнении условия £/ происходит переход на новый ¿/г1 слой по времени.

В третьей главе рассмотрены вопросы адаптации модели водного обмена к конкретным объектам.

Модели одних и тех же объектов должны обладать различной степенью адекватности в зависимости от их назначения. Для прикладных моделей, предназначенных для широкого использования при управлении технологическими процессами, выбор степени адекватности определяется,в итоге,экономическими соображениями. Здесь может быть сопоставлен ущерб, связанный с отклонением от оптимального режима управления за счет неточности используемой модели, с дополнительными затратами, обычно связанными с повышением ст.епени адекватности модели.

Наш опыт работы с моделями водного обмена показал возможность достижения качественного и количественного сответствия моделей объекту на основе предварительного определения параметров модели по данным отдельных лабораторных опытов с последующим уточнением части из них по данным полевых наблюдений.

В работе приведены примеры адаптации моделей водного обмена на орошаемых и осушаемых землях в условиях Туркмении, Болгарии и Ленинградской области. Использованы данные лабораторных, а также многолетних воднобалансовых лизиметрических и полевых наблюдений при возделывании люцерны на в щелочных черноземах смолькица (НРБ), хлопчатника на сероземах (ТССР), и травосмеси на дерновоподзолистых почвах (Ленинградская область). Для всех почв в лабораторных условиях были определены гидрофизические характеристики. ,

Удовлетворительное соответствие (в пределах 15$) расчетных и натурных данных (профиль влажности, транспирация) 'получено при моделировании водного режима хлопкового поля с неглубоким залеганием грунтовых вод.

Для улучшения соответствия между расчетами и экспериментами в лизиметрах при исследовании участия грунтовых вод в водс-потребпении пюцзрны потребовалась серия вычислительных экспериментов, в которых варьировали параметры гидрофизических зависимостей. За счет этого удалось получить адекватные профили влажности и расхода грунтовой воды в зону аэрации.

Адаптация двумерной модели водного обмена к условиям опытного участка двухстороннего регулирования при выращивании травосмеси проводилась путем варьирования коэффициента гидравлического обмена дрены.

При -г» /О //сут наблюдали удовлетворительное качеству' 06 и количественное соответствие натурных и расчетных данных. Максимальное расхождение экспериментальных и расчетных значений не превышала 7 см.

В работе предложен возможный подход к оценке пространственной неоднородности орошаемых земель для дифференцирования режима орошения в прздэлах оросительной системы и оптимизации его на'отдельном поле с учетом собственной неоднородности. Неоднородность почв на моделях водного обмена может быть выражена через различие гидрофизических характеристик, однако само такое различие не позволяет -судить о значимости этих расхождений для прогноза водно-воздушного режима V об их влиянии на' выбор режимов-орошения. Дня получения такой оценки необходимо"иметь данные об изменении влагообеспечзшосг'и растений при одинаковом режиме орошенич или о необходимости избиения рс*имг>ч ооошончп 1?,

при одинаковой вла.'оооь-спечешюсти растений и зависимости от вариации гидрофизических свойстз почв на рассматриваемой территории. Для >т..х целей целесообразно использовать разработанные динамические модели, прошедшие предварительную адаптацию и проверку на адекватность по данным специально проведенных полевых ) I лизиметрических опытов.

В потгертой главо рассматриваются вопросы, связанные с практ1.-1зс.ким применением разработанной модели для комплексного решения задач ойоснолания проекта Северо-Ериовской оросительной системы.

В районе проектируемой оросительной системы распространены каштановые почвц, обладающие в естественных условиях благолрият-нши для возделывания полевых культур гидрофизическими свойствами. Изменение) водного режима при их орошении влияет, в первую очередь, на состав и содержание гумуса, состав и емкость поглощающего кокллыеса - то есть на первичные элементы почвенного плодородия, определяющие физическое состояние почвы. Это влияние может быть особенно сильно при завышенной оросительной норме и минерализации поливной воды,

Анализ гидрогеологических и почвенно-гидрогеологичесних услови"' района, где намечено создание Северо-Ершосской оросительной системы, показал, что изменение водного режима критично как в отношении возможного поверхностного переувлажнения почв в результата переполива, так и в отношении опасности перемещения солей в корнеобитаемую зону при повышении влажности чочви.

Имитационные эксперименты на динамической модели водного обмена позволили выявить следующее.

- Оросительная норма на повышенных и пониженных участках местности, а так же на участках, удаленных или приближенных к источникам инфильтрации или к местам разгрузки грунтовых вод, может быть существенно различной и вся территория должна быть районирована для дифференцированного проектирования и оперативного управления водным режимом.

- Подъем грунтовых вод до опасного (с точки зрения солевого режима) уровня происходит только при "переполипах", когда количество воды, подаваемое на поле, не только не компенсируется увеличением суммарного испарения, я приводит к его снижению за счет подавления трчнепирации при переувлажнении поля.

- При ретр1. л!зктивном построении графиков полипа в восьми-польном севообороте, можно добиться полной шгагообеспеченнос-ти не только) при шести, но и четырех одновременно работающих машинах. Достигается это предварительными влагозарядковнми поливами. При этом общая поливная норма существенно возрастает с уменьшением общего числа одновременно работавших машин.

- Показано, что при возделывании люцерны снижение поливных норм влечет за с..'Зой уменьшение общего расхода воды при сохранении заданной влагообеспеченности.

- При подъеме грунтовых вод от 8-ми до 3-х метров сохранение неизменной оросительной нормы приводит к переувлажнению земель и потерям урожая на 10%. Путем снижения водоподачи по мере подъема УГВ (с 8-ми метров) и полипов по потребности можно уменьшить инфильтрацию за пределы корнеобктаемой зоны. При этом питание грунтовых вод в многолетнем разрезе практически отсутствует при глубине их залегания 4-5 метров. При более высоком стоянии грунтовых вод идет их расходование в зону аэрации.

. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны динамические модели водного обмена на орошаемых и осушаемых землях, основанные на уравнениях влагопере-носа и эмпирических агроэкологических зависимостях, позволяющие находить отношение фактической транспирации растений к потенциальному ее значению в течение всего вегетационного периода. На основе этих моделей и критерия влагообеспеченности

у5 может быть определен режим орошения или выбраны параметры осушительной сети, обеспечивающие поддержание влажности в корнеобитаемой зоне в пределах потребности растений.

2. Разработаны эффективные алгоритмы решения одномерных и двумерных краевых задач влагопереноса в насыщенной и ненасыщенной зоне почвогрунтов, основанные на использовании консервативных конечно-разностных схем. Учет влагообмена во всей зоне аэрации позволяет определять значение модуля инфильтрацмонного питания грунтовых вод и оценить величину их подъема, в том числе на фоне работы дрзнажа.

3. Дня ряда реальных объектов Болгарии, Ленинградской области и Туркмении показана одеквг.тность предложенных моделей,

Установлено, чго для бесструктурных почв (сероземов) достаточно данных лабораторных измерений гидрофизических свойств, тогда как по,au более структурные (чернозем - смолышца) тре-. буют уточнении параметров -кривых водоуде живания и влагопровод-ностс путем идентификации по полевым или лизиметрическим данным. Адат-ция моделей водного обмена на фоне дренажа' может эф|,ак-.тивно осуществляться путем варьирования коэффициента гидравлического обьена дрен, л

4. В условиях Сортового Заволжья установлены связи меж,ну режимом орошения и почвенно-гидрологическим режимом. Показано, что назначение поливов по потребности может приводить к снижению общего расхода воды на I51? за счет снижения поливной нормы. При укомплектовании графика гидромодуля на-4 машины типа "Фрегат" вместо 8, оросительная норма возрастает на 20% за счет проведения дополнительных весенних влагозарядковых поливов. Сохранение неизменной оросительной нормы при подъеме грунтовых вод вше 5 метров приводит к переувлажнению земель и потерям урожая.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИШДОИ ПО ТЕМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Полуэмпирическая модель продуктивности с.-х.поля. - В кн.: Теоретические основы и количественные методы программирования урожая. - Л.:АФИ, 1979, с.ПЗ-12о, (в соавторстве с Нерпиным C.B., Жуковским Е.Е., Хлопотенковым Е.Д. ).

2. Впитывание влаги корнями растений при неоднородном пола влажности. - Доклады ВАСХНИЛ, i960, № 6, с. 32-35,

3. Использование численных методов расчета на ЭВМ водного режима почв-в -исследованиях по программированию урожаев. Методические рекомендации. - Л.:АФЙ,1981,- 70 с. (в соавторстве с Нерпиным C.B.., Трубачевой Г.А., Хлопотенковым Е.Д.).

4. Модель водного обмена на осушаемых тяжелых землях, - В кн.: Моделирование продуктивности агроэкосистем. -Л.:Гидрометеоиздат, 1982, с. 52-72.

5. Водная миграция ионов и химических соединений в почвах. Движение влаги. Экомодель - 7. - Пущино, 1981. - 45 с. , (в соавторства с Пачепским Я,А.,-Щербаковым P.A.).

G. Модель водного обмена и ее использование для управления процессами в агрозкосистемах. - Л.:AiИ, 1984, с. 64-74, (в соавторстве с Шукуровым М.Ш.). Iö

7. Об использовании математического моделирования при проектировании и эксплуатации мелиоративных систем. - В кн.: Совершенствование технологии проектно-изыекательских работ на основе применения АСУ и электронно-вычислительной техники. - Л.: Ленгипро-водхоз, 1985, с. 42-49, (в соавторстве с Нерпиным C.B., Трубача-вой Г.А.).

8. Моделирование гидротермического эффекта локального песко-вания такыровидныу . точв. - В- кн. : Моделирование процесса энерго-и массообмена на мелиорируемых землях. - Л.: АФИ, 1985, с. 81+91, (в соавторстве с Бабадкановым О.В,, Трубачевой Г.А.).

9. Расчет^водного режима хлопкового поля с неглубоким залеганием грунтовых вод. -НТВ по агроном.физике,1985, №59, с.42-47, (в соавторстве с Щукуровым М.Ш., Непесовым М.А,).

10. Влагообмен в зона аэрации и грунтовых вод. - Изв. АН Арм. ССР (сер.TU), 1986,т.ХШХ,с.34-39,(в соавторстве с Казаряном С.М.),

11. Расчет водного режима в мездренной зоне при глубоком рыхлении почвы, - В кн.: Моделирование почвенных процессов. -Пущино, 1985, с. 51-57, (в соавторстве с.Нерпиным C.B.).

12. Сравнение методов расчета одномерного влагопереноса в почвах. - Водные ресурсы. 1986, № I, с. 35-44, (в соавторстве с Пачепским Я.А..Щербаковым P.A.).

13. Прикладные модели водного обмена на орошаемых землях.

- В кн.: Использование методологии системного анализа при управлении агроэкосистемами, - JI.: кШ, 1987, с. 42-62, (в соавторстве с Е.Доневой, Нерпиным C.B., Трубачевой Г.А., Шопским Н,).

14. Вычислительный эксперимент в гидрофизике почв: Те^.докл. I Всесоюзн.сов."Гидрофизические функции и влагометрия почв".

- Л.: АФИ, 1987, с. 91-97. (в соавторстве с Пофориной Л.Т., Щербаковым P.A.).

'•15. Использование динамических моделей водного обмена для выбора режима орошения сельскохозяйственных культур. Тез.докл. 1У .эональн.научи.-техн.конф. "Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке". Владивосток: Союздаль-гипрорис, кн. I, часть I, с. 89, (в соавторстве с Нерпиным C.B., Трубачевой Г.А.).

16. Пакет прикладных программ для расчета влагообмена на мелиорируемых землчх. Тез.док.'!, 1У эональн.научн.-техн.конф.

IG •

"Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке''. Владивосток: Союэдальгипрорис, кн. 4,часть I, с.54-55, (в с. аьторстве с Долинским С.Г.).

. ' 17. Опыт ислользования полузмпиричзск й модели водного обмена дл/. обоснования режима орошения при проектировании Северо-Ершов~;оИ оросительной системы. Тез.докл. Всесовзн. школы-семинара п' автоматизир.научн.-исслед. и проектир. АСУТП в мелиорации. Ф^унзэ: ВИЧИКА мелиорация, 1988, с. 108-109, ( в соавторстве с Нерпинмм C.B., Трубачевой Г.А.).

18. Пакет прикладных программ для расчета водносолевого режима почв. Тез.докл. Всесоюзн. школы-семинара по автоматиз. научи.- исслед. и проектир. АСУТП в мелиорации. Фрунзе: ВШИКА мелиорация, 1988, с. 69-70, (в соавторстве с Ганичевой О.Б., Кокотовым Ю.А.).