Теория и методология прогнозирования режима подземных вод на орошаемых землях с учетом экологических требований

Манукьян, Давид Ашикович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Теория и методология прогнозирования режима подземных вод на орошаемых землях с учетом экологических требований
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Теория и методология прогнозирования режима подземных вод на орошаемых землях с учетом экологических требований"

Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательский институт гидротехники, и мелиорации имени А.Н.Костикова

РГ Б ОД

• ; На правах рукописи

¡¿АКУКЬЯН Давид Ашккович

ТЕОРИЯ И ЫЕТСДОНЮШ ПРОГНОЗИРОВАШ РЕШМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА. ОРОШАЕМЫХ ЗШЯХ С УЧЮШ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация к орошаемое

земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1994

Диссертационная работа выполнена во Всероссийски!.: ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательской институте гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костикова

Научный консультант . - доктор геолого-минералогических.

наук, профессор, Заслуженный ирригатор Узбекистана Решеткина Н.М.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор, действительный член Академии водохозяйственных наук

Голованов А.И.

- доктор технических наук, .•.'. профессор, действительный член Российской Академии' наук Хубларян 11-Г.

- доктор технических наук, профессор, действительный член

' "Академии водохозяйственных наук

Беляков В.м.

Ведущая организация - ШК "СОВИН1ЕРВОД"

Защита диссертации состоится ноября " . 1994 г.

в 10 часов на заседании Ученого Совета Д 094.05. о! во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации ш.А.Н.Костякова по адресу: 127550, г.Москва, ул.Большая Академическая, 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Аетореферат разослан: " октября" 1994 г. Ученый секретарь БНИИГиМ

кандидат технических наук И.С.Лапидовская

ОНцАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБиТЫ

Актуальность темы. Объективная необходимость решения комплекса социально-экономических и'народно-хозяйственных задач ибу-словила ш:рокое развитие мелиоративного и водохозяйственного строительства. За прошедшие болёе чем двадцать лет (1967-1987гг.) плищадн орошаемых земель в странах бывшего СССР увеличились с 9,0 до 19,8 млн.га в основном за счет освоения новых регионов в Средней Азии и Закавказье, в Поволжье, на Украине и Северном Кавказе, отличающихся специфическими и достаточно сложными с точки зрения мелиоративного освоения природными условиями.- Столь существенное возрастание антропогенного воздействия на естественные ландшафты определило изменение природной среда не только и пределах собственно орошаемых массивов, на и на прилегающих территориях. Предшествующее мелиоративному освоению этих территорий водохозяйственное строительство, прежде всего, в пределах крупных бассейнов 1 порядка таких как рр.Волга, Днепр, Дон и др., связанное с созданием водохранилищ комплексного (гидроэнергетического, рыбохозяйственного, ирригационного, коммунального) назначения, Енесли существенные изменения в естественные .условия формирования гидрологии сули - режимов временных распределений объемоЕ, скоростей и химсостава стока поверхностных вод, гидродинамического и гидрохимического режима подземных вод и т.п. Указанные изменения становятся мощной первопричиной негативных экологических последствий.

В свою очередь, потери оросительной воды из каналов и на орошаемом поле, которые в реальных условиях эксплуатации, как правило, превышают соответствующие проектные величины, определяет заметное изменение структуры водного баланса зины аэрации и насыщенной зоны, что приводит к подъему уровня грунтовых вод со скоростью 0,3...0,8 до 1,0—1,5 и более ы/год, в зависимости от конкретных природных и ирригационно-хозяйственных условий орошаемых земель.

Режим уровня грунтовых вод, отличающийся в естественных условиях многолетней ритмичностью с циклами в II, 33, 88 лет и т.д., на вновь ориааемюс и прилегающих землях приобретает существенно нестационарный характер.

Антропогенные гидродинамические процессы, формирующиеся под влиянием водохозяйстванного и мелиоративного строительства, становятся одной- из основных причин подтопления и заболачивания . как собственно орошаемых, тан .и .прилегающих к ним. .земель; гду- . бинное просачивание оросительной воды приводит к загрязнению подземных вод минеральными и органическими удобрениями и ядохимикатами; с процессам» подъема ЛВ связаны значительные по своим масштабам гидрогеохкцические процессы, суть . которых состоит в растворедан вековых запасов дисперсно развитых солей и солевых горизонтов в породах зоны аэрации (С.Аверьянов, 1964; Д.Ы.Кац, 1968; Н.Ы.Реаеткика, 1975 и др.) и включение их в современный содеоборот. Близкое залегание УГВ приводит- к изменению -ыелиора— тивного ргаима орогаемых почв, связанному с трансформацией цоч- ■ вообраэователышх процессов из автоморфюго режима в подугадро-морфныа и ирригацщщно-гидроыорфный и развитием процессов вто- -ричного засоления и осолонцевания, особенно в -условиях степного • и аридного климата (И.Е.Айдаров, 1975; А.И.Голованов, 1974; В.В. . Егоров, 1984; Б.А.Замовец, 1988; В.А.Ковда, 1985, 1989; Н.Г.Ыи-нашина, 1983; Н.М.Решетшша, 1960, 1962 и др.).

Таким образом, возникновение многих негативных последствий орошения связано в первую очередь с нарушениями естественного гидродинамического режима пйдземных вод, развивающиеся на фоне • водохозяйственного преобразования реаима поверхностных источников. Под гидродинамическим рехиыом подземных вод на орошаемых землях мы понимаем изменение во времени и пространстве уровней (напоров) подземных вод, скоростей и расходов фильтрационного потока, которые происходят под влиянием комплекса антропогенных (мелиоративных и водохозяйственных) и естественных (экзогенных -метеорологических, гидрологических; эндогенных - неотектоничес-кмх) факторов (Д.АЛ1анукьян, 1990; В.Ы.Шестаков, М.С.Орлов, 1988), Отсюда вытекает необходимость пространственно-времзшшх прогнозов изменения естественного гидродинамического рекима подземных вод в' связа с водохозяйственным и мелиоративным строительством — на всех иерархических уровнях природных объектов (Н. ¡{.Парфенова, Н.М.Решетшна, 1992; Л.В.Кирейчева, 1993)

Именно эти'прогнозы долены леаать в основе выбора, концепции развития водохозяйственного и мелиоративного строитзльства в пределах крупных рзгионов и бассейнов и служить одним из вал-

пых критериев для определения экологических ограничений при принятии технических и технологических решений. В то Ее Бремя -гидродинамические прогнозы представляют собой основу для выполнения гидрогеохммических, почвенно-мелиоратиЕных и инаенерно-геологических прогнозов. Необходимо также иметь в вгду, что гидродинамические процессы на ландшафтно-географичееком и региональном уровнях приобретают новое качество, развиваются более высокими темпами и сопровождаются более серьезккаи экологическими последствиями Ш.Я.Кочика, Н.Ы.Решеткина, 1994). Поэтому повышение достоверности и обоснованности прогнозов реки- ■. ма подземных вод на орошаемых и прилегающих землях представляет собой актуальную научно-методическую проблему, а успешное ее решение имеет большое практическое значение.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка теоретических положений и методологии прогнозирования гидродинамического режима подземных вод на орошаемых землях на основе принципов, предполагающих оптимальные условия функционирования и учитывающих экологическую устойчивость природных объектов на различных иерархических уровнях в различных ландзафтно-геог-рафических зонах.

Структуризация данной проблемы позволила для ее реаения сформулировать следующий комплекс задач:

1. • Обобщить-теоретические--и экспериментальные данные пи влиянию водохозяйственной и мелиоративной деятельности на изме- , нения естественного гидродинамического режима подземных вод, оценить масштабы и интенсивность этих изменений на природные объекты различных иерархических уровней и их экологические последствия.

2. Разработать пространственно-временную структуру природ-но-мелиоративных объектов ^систем) в целях прогнозирования гидродинамического -решша подземных вод, основываясь на геолого-структурных и геофильтрационных моделях и моделях функционирования рассматриваемых объектов в различных ландшафтии-геогра-фичесшгх зонах.

3. Установить гидрогеоэкологические показатели и ограничения нарушений естественного гидродинамического реаииа в связи с развитием водохозяйственной деятельности и ороаения, определяющих разумную их интенсивность.

4. Разработать единую методологию пространственно-временного прогнозирования гидродинаштаского режима подземных вод" на " орошаемых землях, включавшую комплекс приемов получения необходимой- точности ^достоверности-выполняемых прогнозов с учетом различных целей прогнозирования и иерархии природно-ыелиоративных объектов.

5. Усовершанетвовать существующие и разработать новые математические модели гидродинамических и гидрогеозпшических процессов и их инфоршционного обеспечения, отражающих просгранст-венно-врекенную структуру объектов прогнозирования.

Научная новизна работы заключается в разработке комплекса

теоретических положений"и методических принципов прогнозирования гедродкнашческого режима подземных вод на орошаемых землях, исходя из условий экологической .устойчивости природно-ыелиоративных объектов различного уровня. В работе впервые разработаны или подучили дальнейшее развитие: .

1. Понятие о природно-ыелиоративных объектах, сформулированное с учетом обратных связей между управлявший мелиоративными. воздействиями и показателями антропогенных гидродинамических процессов.

2. Пространственно-временная структура и иерархия природно-•• мелиоративных объектов, построенные с учетом-их целевого назначения к особенностей функционирования. Система математических моделей прогнозирования гидродинамического и гвдрогеохимическо-го режима подземных вод, адекватно описывающих лриродно-.ыелио-ративные процессы в границах объектов различного масштаба, отличающихся информационным единством и феноменологической независимостью.

3. Гидродинамические факторы формирования эколого-мелиора-тивной обстановки на орошаемых и прилегающих к шш землях., критерии оценки функционирования и устойчивости природно.-ыелиора-гивных объектов различных иерархических уровней.

4. Единая методология прогнозирования пздродинашческих процессов на орошаегдвс зешшх, включающая:'

- качественные и количественные' методы выбора, оценки и ранжирования ведущих'факторов формирования гвдродинашческого режима подземных вод с использованием методов теории чувствительности; выбор адекватных моделей процессов;

- комплекс эвристических, логических и формально-математических методов и приемов схематизации природных и ирригационио-хозяйствекных условий для построения и оценки достоверности расчетных геофильтрационных: схем вероятностного характера на основе методов теории планирования экспериментов;'

- методы имитационного моделирования гидродинамических процессов, позволяющие учесть неопределенность и случайную природу исходной информации с целью получения вероятностных оценок результатов прогнозов.

5. Принципы и методы информационного обеспечения гидродинамических прогнозов, вклшавщие методы анализа чувствительности, определения гидрогеологических параметров и показателей по данный лабораторных, опытно-фильтрационных работ и наблюдений и с помощью решения обратных задач фильтрации, а также методы и модели осреднения исходной информации для расчетных гидродинамических схем прцродш-келкоратившх объектов различного ыасш- 1 таба.-

Методология исследований основывалась на философских и общетеоретических трудах В.И.Вернадского, В.В.Докучаева, В.Р.Виль-янса, А.Н.Костякова, В.А.Ковды, на научно-методических и прикладных исследованиях С.Ф.Аверьянова, И.П.Айдарова, А.И.Голованова, Д.М.Каца, П.Я.Кочиной, Н.Ы.Решеткиной, Н.В.Роговской, В. М.Иеетакова и др. и состояла в последовательном выделении и анализе основных элементов, образующих природно-ыелиоративны'е объекты различных уровней; исследовании процессов, протекающих в границах этих объектов и их закономерностей; прогнозировании и оценке устойчивости функционирования природно-мглиоратинянх объектов - на основе системного подхода и представлений о рациональном природопользовании.

Вадной особенностью выполненных исследований является широкое применение методов качественного и количественного анализа, используемых в различных естественных ндуках геолого-гидрогеологического и мвханихо-матеиатического направления, а также методов теории чувствительности и планирования экспериментов, методов решения некорректно поставленных задач и методов интегральных преобразований и численных методов - при рассмотрении задач влагопереноса и теории фильтрации и т.п. ■

- б -

Практическая значимость работы. Разработанная методология и система код елей прогнозирования позволяет избежать крупных просчетов ори составлении схем использования водных и земельных

■ ресурсов,в пределах речных бассейнов. Кроме того, разработанные .методы оценки гидрогеологических параметров и показателей, методы построения моделей природной среды, процессов влагопереноса

и фильтрации и вероятностных расчетных схем, модели гидродинамического региыа подземных вод нашли и могут в дальнейшем найти широкое применение при обосновании проектов строительства ноеых и реконструкции существующих мелиоративных систем, а такге в других прикладных задачах гидродинамики, учитывающих экологическую устойчивость природных ландшафтов.

Реализация работ. Методические положения к практические ■

■ рекомендация были использованы при составлении различных мето-

■ дических и нормативных документов, регламентирующих состав,, объемы и методику проведения гидрогеологических исследований' и прогнозов при обосновании проектов строительства и реконструкции гидромелиоративных систем: "Гидрогеологические прогнозы* -пособие к ВСН 33-2.1.05-85 (Минводхоз СССР, 1907), "Гидрогеологические и инженерно-геологические изыскания для мелиоративного и водохозяйственного строительства" (Ыинводхоз СССР, 1987), "Ре-

■ комендации по" эксплуатационным' прогнозам уровня 'грунтовых вод на орошаемых землях" (Минводхоз СССР, 1987), "Методические рекомендации по гидрогеологическим исследованиям на водно-балансовых станциях" (Минводхоз СССР, 1588).

Результаты выполненных исследования били использованы при составлении проекта мероприятий по защите окрудашцей среды от последствий аварии на Чернобыльской АЭС (1986), в проектах ре-' конструкции орошаемых массивов на территории Мугано-Сальянской и-Карабахской степей Азербайджанской ССР (1980), Мецамор-Раэ-данского массива Армянской ССР (1983), Аштского массива Тадхик-

- ской ССР (1935) , на орозаешх массивах Волгоградского Заволзья

■ - - Кисловская, Таяшская, Падласовская, Большая Волгоградская и

- других мелиоративных системах. Кроме того, ряд разработок автора вошли в проекты освоения мелиоративных земель гушдной зоны

- Приозерная и П^рсхольская системы (оз.Неро Брославской обл.), ■ Саранского водохранилища (Мордовская АССР), в проекты мелиорации массивов "Эль-Габ" и "Эль-Рудис", в проекты освоения Алеп-

- пских земель (Сирия) и земель Санского бассейна (ЙАР), где автор

- работал в качестве консультанта в 1984, 1985 и 1986 гг.

Ряд разработок автора были отмечены наградами - "Методические рекомендации по водно-балансовым исследованиям" - бронзовая медаль ВДНЛ; за активное участие в разработке запргптг мероприятий по предотвращении загрязнения вод рр.Припять, Днепр, а тан-подзешых вод от последствий аварии на ЧАЗС - "Почетная гра-

- мота" Минзодхоза СССР.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуа-

• датась на иездунарсдных конгрессах, всесоюзных, региональных, •-иекведомственаьп: и отраслевых совещаниях, семинарах,' юсновнши

из которых являются: XIX Международный конгресс гидрогеологов - (Карловы Вары, 1336), Международные высшие гидрологические курсы ШКШО при ШУ (1979, 1980), Всесоюзные совещания по мелиоративной гидрогеологии и инженерной геологии (Баку, 1976; Ашхабад,, 1980; Новая КахоЕка, 1984), I Всесоюзная гидрогеологическая конференция Шосква, 1962), Всесоюзное совещание по применения ма-■ тематических методов и моделированию в гидрогеологии (Новосибирска 1934), Всесоюзное научно-техническое совещание "Совериен-■ ствованке методов надзора за мелиоративным состоянием орошаемых земель и оценки влияния водных ыелиораций на окружагпую среду" (Апхабад, 193?), I Всесоюзный съезд инженер-геологов, гидрогеологов и геокриологов . (Киев, 1938), Всесоюзные совещания руководящего состага гкдрогеолого-мелиоратцвной службы на ВДНХ (Москва, 1983, 1934, 1985), Выездные' сессии ВАСЭДШ (Волгоград, 1987; Колоша, 1931), Ученые Советы ЕНИИГкМ (1979-1994), ВСЕГЩГЮ. .- (1Ш4), вдучкые семшары и совещания по международному сотруд-

• качеству (Рурки, Индия, 1990), (Вагенингея, Голландия, 1991, 1992, 1994), (Мюхенберг, Германия, 1994) и т.п.

Публикации. Основные результаты научно-методических исследований опубликованы в УЗ печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заклвчения, списка литературы из £76 наименований, приложений; работа изложена на 428 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков к 33 таблицы..

_ 8 -СОДЕРШИЕ РАБОТЫ Глава I. Влияние орошения и водохозяйственного строительства на гидросферу. Природно-мелиоративные объекты .Постоянное ухудшение качества природной среды, связанное с интенсивной хозяйственной деятельность!), стало доминантой нашего времени. Ее воздействием затронута практически все внешние и поверхностные оболочки Земли - ионосфера, атмосфера, гид- росфера, литосфера. Антропогенные изменения природной среды мес-- тами приобретает размеры глобальных, экологических катастроф: •• развитие процессов опустынивания (Африканская Саталь, Калмыкия, Приаралье); исчерпание водных ресурсов в бассейне Аральского-моря и шогократное превышение допустимых концентраций по более чей десяти компонентам в водах Сырдарьи и Амударьк; радиационное загрязнение почв, поверхностных и подземных вод в результате-аварии на ЧАХ и др.

'Одно из ведущих мест в процессе увеличения антропогенной нагрузки ей природную среду занимает мелиоративная и водохоаяй-• ственная деятельность. Объективная необходимость проведения мелиоративных и, в первую очередь, оросительных мероприятий связана с тем, что значительная часть пашни в нашей стране находиться в зоне рискованного земледелия. Если до 1966. г. орошаемое земледелие занимало 9,4 шн.га, расположенных- преимущественно в аридной зоне (Средняя Азия, Казахстан и Закавказье), то к 1986 г. эти площади возросли более чем в два раза в основном за счет освоения степной и сухостепной зон со специфическими почвенными, гидрогеологическим!, инженерно-геологическими и др. .условиям (Поволжье, Сев.Кавказ, юг Украины и Молдавия).

(¡¡цнако орошаемое земледелие, повышая уропай сельхозкультур, становится нередко негативным фактором формирования природной •среды в связи с развитием процессов подтопления, засоления, осо-Донцевания земель и др.

Пршоыу влияния со стороны водохозяйственной и Мелиоративной деятельности лодвераен в первув очередь наиболее данаиипиый элемент природной среды - гидросфера, представлявшая собой единое природное образование с ее поверхностной и подзвшой состав-■ дязощиш. В результате трансформируется поверхностный сток из-за уменьшения скоростей и сокращения величины речного стока при отборе его на орошение; повышается минерализация поверхностных

водотогсов в результате сброса минерализованных колдехторно-дре-нсиих вод и их загрязнения, связанного с поверхностным смывом с сельскохозяйственных угодий минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов.

Достаточно наглядно и полно эти процессы видны на примере -бассейна Аральского моря, в котором на орошение и другие нужды отбиралось более 90 км3/год, в том числе Ацударьи 57,4 и Сырдарьи

35.6 ки3/год (А.А.Бостаццжогло, 1987). Такое значительное изъятие поверхностного речного стока на орошение, интенсивное развитие промышленности и сельского хозяйства в Среднеазиатском регионе привели к катастрофическому снижения уровня моря, который в 1988 г. опустился до 40,1 и, а к 1990 г. - до 33,5 и. В то же время объем коллекторно-дренаяных и сбросных вод составлял 32,9 -кч3/год (в бассейне Сырдарьи и Аыударьи соответственно 17,2 и

15.7 км3/год), с которыми б реки поступает ежегодно от 100 до% 150 млн.тонн солей (Н.М.Решеткина, 1991). Это привело к увеличения минерализации в Сырдарье в 2-2,5 раза; здесь она достигла 1,5-3,0 г/л, в Амударье - 0,7-1,8 г/л.

•Отбор поверхностных вод .в бассейне Днепра .в объеме до 30л стока реки в маловодные годы стал причиной увеличения соле-■ ности Днепро-Бугского лимана до 4,0 г/л. В то не время изъятие речного стока в бассейне р.Волги пока не превышает сред-немноголетнего. " '

Создание каскада крупных водохранилищ для гидроэнергетических, мелиоративных, рыбохозяйственных и др. целей приводит к уменьшению объемов и скоростей речного стока, региональным "нарушениям природного равновесия гидродинамических и гидрохимических процессов. В связи с формированием высокого подпорного горизонта в речных водохранилищах заметно уменьшается уклон под- земного потока; на 10...30^ сокращается величина стока подземных •вод (Н.И.Парфенова, 1992); отмечается прирост динамических запасов пресных подземных вод в зоне влияния водохранилищ - на Днепре - 17...46.3 к3/с, на Волге - 9,3...84,7 ы3/с, особенно в отложениях низких речных террас (В.М.Шестаков, 1988; Н.Й.Плотнн-ков и Е.С.Краэвский, 1984; Л.М.Верина, 1990 и др.). Не менее существенно' влияние водохранилищ на глубокие водоносные горизонты и на все подземные водоносные системы в целом (особенно в бассейнах П и Ш порядка).. Происходящее в этих горизонтах перерас-

пределение напоров, скорость передачи которого на два-три порядка выше, чем в безнапорном потоке, сокращает напорное питание рек и увеличивает .переток в .грунтовые водоносные горизонты. Под . влиянием региональных эффектов водохозяйственной деятельности формируется трансформированные водонапорные системы е границах артезианских бассейнов Пий порядка, а также гидродинамический режим грунтовых вод с характерными особенностями в степной, су-хостепной , полупустынной и пустынной зонах. Следующее за водохозяйственным строительством мелиоративное освоение территорий в этих зонах накладывается на уже измененный природный фон и формирует новые закономерности гидродинамического реяиыа грун-тоеых вод - от орошаемого поля до крупных орошаемых массивов в границах геоморфологических структур. Существующие технологии сооружения оросительной сети и магистральных каналов,, техника и технология орошения, эксплуатационные режимы орошения заметно увеличивает промываемость почвенного слоя и пород зоны аэрации. Следствие этого - избыточное питание грунтовых вод на орошаемых полях, которое в суше с инфильтрационными потерями из оросительной сети в два-три раза и более превышает естественное питание и достигает 100...200 мм/год.

Неизбежным 'последствием подобной перестройки структуры видного баланса является подъем УГВ, отличающийся в естественных условиях многолетней ритмичностью. Цепная реакция комплекса природно-мелиоративных процессов - гидрогеохимических, поч-венно-мелиоративных, инженерно-геологических и др. - развивается в зависимости от масштабов, направленности и интенсивности -гидродинамических процессов.

Особие место при анализе и оценке елияния орошения на различные элементы ландшафтов занимают почвы как основной объект ■мелиорации. Результаты нарушений естественного режима почвообразовательных процессов связаны с их масштабами и интенсивностью этих процессов - о^агрегатного" уровня до "профильно-ландшафтного" (Й.А.Пачепский, 1987). Объективный анализ и оценку воздействия орошения на почвы можно выполнить только с учетом естественно-исторических условий их формирования, выделяя:.

- еетественно-автомирфные почвы и их трансформации в ирри-гационно-гидриыорфные в различных ландшафтно-географических и климатических условиях - в аридной и степной зонах;■

- естественно-гидроморфные пичвы и направленность процес-сив почвообразования при прошении;

- переходные типы. почв.

Опыт тысячелетнего орошения е древних оазисах Средней Азии показал, что в пустынных и полупустынных зонах при умелом орошении формируется новый тип почв - оазисни-культурные, отличаю-;циеся от исходных сероземов л такырных почв отсутствием гипсового горизонта, наличием агроирригационного гучусированноги слоя, по содержанию е два-три раза превышающим исходные запасы гумуса.

Благоприятная направленность почвообразовательных процессов • отмечена при более чем 40-летнем орошении южных черноземов на .... Сыртах Саратовской обл. Ш.А.Антипов-Каратаев, 1955) - гумусовый горизонт возрос на 5-7 см, увеличилось содержание гумуса, уменьшилось содержание натриевых солей и т.д.

Однако примеров деградационной направленности почвообразовательных процессов при ироиении монно привести значительно больше. Орошение ■ южных черноземов в Ставрополье приело к снижению гумуса почти на ЗОЙ, отношение содержания гуминоеых кислот к фульЕокислотам снизилось до 1,7, на неорилаемых почвах - до '¿,Ь iА.И.Корольков, 19йб). Ь то же время е почвенни-поглоцающем комплексе на 10% снизилось содержание обменного кальция. Ни более чек Едвое увеличилось содержание магния-и натрия, ухудшилась структура почек.

¿¡нтерескк результаты комплексных исследований агрофизической деградации различных подтипов орошаемых черноземов Молдовы (С.П.Сапожников и др., 1992). Отмечаются процессы ирригационного оглинивания, что ведет к увеличению общей и внегней поверхности и уменьшению внутренней удельной поверхности, отмечается рост гидрофильности, теплоты смачивания и т.п. При орошении ухудшается микроагрегированность, формируются структурные связи конденсационного типа, усиливается склонность почв к внезапному тиксотропноцу разяииенип 'на уровне элементарных почвенных частиц; на агрегатним уровне иришение приводит к уменьшения количества агрономически ценных агрегатоЕ, увеличении гдыЗис-тистк, снижении коэффициента структурности и уменьшении обзей, межагрегатной и агрегатной п'иристистн.

Все рассмотренные выше почвенно-мелиоратиЕные процессы деградационной направленности наблюдается в аЕТомирфных условиях

1 •

на агрегатном и агрегатно-горизонтном уровне (Я.А.Пачепский,, 1967), При подъеш уровня грунтовых вод и переводе пота в ирригацион-но-гидр.оыарфный режим в степной, полупустынной и пустынной зонах •развиваются процессы вторичного засоления, представляющие собой наиболее заяцный фактор ухудшения потенциального почвенного плодородия на ландшафтной' уровне.

Bmtmijia орошения затрагивает литогенную основу ландшафтов и проявляется в негативных инженерно-геологических процессах: просадочности лессовых грунтов на орошаемых землях и основаниях гидротехнических сооружений, ирригационной эрозии, оползневых и суффоаионш-карстовых процессах.

Наибольшую опасность при освоении орошаемых земель представляет просадочные процессы на лессовых породах, широко развитых в Средней Азии, на Северном Кавказе и Украине и составляющих около 30% всеас мелиорируемых территорий. Просадки величиной до 2,53,0 ы в Яванской долине (Е.Н.Сквадецкий, IS88) приводят к образованию проезд очных блидец размером до 100—200 м в поперечнике и к разрушению ирригационной сети. Не менее существенна по своему рельефообразувщему действию ирригационная эрозия, которая в . Узбекистане охватывает более 600 тыс.га (Л.П.Гуссак и др.), на юге Киргизии около 125 тыс.га, в Таджикистане порядка 260 тыс. га. В зависимости от комплекса природных факторов -"уклонов поверхности, вкспознции склонов, их длины и формы - происходят либо плоскостной смыв почв, либо линейная овравная эрозия, образующие новвз формы рельефа. Интересны изменения, наблюдаемые на подгорных ггссовых равнинах в Ферганской депрессии (Г.Н.Пшенин, 1969). В результате длительного орошения - почти 1,5 тыс.лет -мощность сшза достигла 3.. .4 м; это привело к образованию новой формы рельефа - антропогенным делювиальным педиыентаы - и уничтожения уступа меаду первой и второй террасами.

Последствия региональных масштабов развития негативных процессов позволяют сделать вывод: новые природно-ыелиоративные ан- тропогеннне система функционируете грехишх, далеких от оптимальных с точка зрения минимизации их отрицательного воздействия на -природную среду и среду обитания, а существующие управляваша воздействия и природоохранные мероприятия некомплексны и- пало аффективны.

Систекньй подход к исследовании и управлению водохозяйственной и мелиоративной деятельности), направленный на решение

стратегических задач рационального природопользования при сохранении экологического равновесия природно-антропогенных.систем в определенных пределах, требует введения нового понятия об объекте, в пределах которого осуществляется контроль, прогноз и управление природно-мелиоративными процессами.

Таким требованиям удовлетворяет представление о "природно-мелиоративном объекте", отдельные элементы которого рассмотрены в работах С.Ф.Аверьянова, И.П.Айдарова, В.А.Барона, Г.К.Бонда-рика, А.И.Голованова, В.Й.Епишина, Б.А.Зимовца, Д.Ы.Каца, В.А. Ковды, Н.Г.Минашиной, Н.Ы.Решеткиной, Н.В.Роговской, Л.М.Рекса.

Развивая представления В.И.Вернадского о природном объекте, под природно-мелиоративннм объектом (ПМО) понимается тело, образованное природно-мелиоративными процессами и представляющее композицию взаимодействующих и взаимнообуславливающих компонент природных ландшафтов и инженерных сооружений.

Обобщенное понятие ПИО, как одной из моделей взаимодействия "человек - природная среда", монет быть представлено в виде совокупности следующих системных свойств (В.К.Епишин, 1985; Д.А. Манукьян, 1991):

ПМО ~ <■ 3, 7, F> ✓

где S - структура и составные части объекта, его свойства и вещественный состав; У - иерархия природно-мелиоративных объектов различного уровня; '5е - функционирование-ПМО различных-уровней или комплекс ведущих природно-мелиоративных процессов; < >- обозначение змердаентности ПМО как композиции или "отношение соединений" множества системных свойств и процедур их построения.

Каждое из системных свойств включает подмнонество элементов, содержательный характер которых представляет собой:

a) где М - множество подсистем и элементов

с характерными свойствами О и многообразием связей Я между ними. Важнейшая характеристика ПМО - его существенная неоднородность вещественного состава. Основными составными частями ПМО являются природные элементы , включающие приземный слой атмосферы, почвы tee косную часть и биоту), поверхностные воды, водоносный комплекс от поверхности земли до регионального водо-упора в границах ПЫО, а также технические элементы, состоящие из подводящей и отводящей сети,. различных инженерных сооружений

и техники орошения (А.Н.Костяков, А.Д.Брудастов, Л.М.Рекс, Г.й. шейнкин);

б) у , где -V - количество уровней; <? - гра-

ницы ПМО различного уровня; 2. - взаимодействие уровней. Специфика ПЫО и особенности их функционирования наиболее полно учитываются при пятиуровенной системе рассмотрения: на детальном, локальном, региональном, лаццшафтно-географическом и бассейновом уровнях Ш.С.Панковский, 1936; Н.М.Решеткина, Т.Н.Антипова, 1987; Д.А.Ыанукьян, 1988; Л.М.Верина, 1990; Н.И.Парфенова, 1990; Л.Б.Кирейчева, 1993);

, где п - элементарные процессы природ-но-мелиоративного характера (почвенно-мелиоративкые, гидродинамические, гидрогеохимические, инженерно-геологические и гидрологические); Р - ведущие параметры перечисленных процессов;

-¿- - временные связи; <§ - комплекс экологических ограничений, определявший условия устойчивости функционирования ГШО" или их гомеостазнс.

Из анализа развития ШАО видна, что они являются динамическими системами с существенно периодическим характером воздействия инженерных элементов мелиоративных систем. В такой постановке ПМО являются системами с обратными связями, что обеспечивает их управляемость и кибернетичность.

Важным элементом проблемы прогнозирования является изучение показателей режима подземных вод в границах ПМО различных уровней и разработка теории и методологии прогнозирования этих показателей с учетом экологических ограничений, накладываемых на масштабы и интенсивность хозяйственной деятельности. Только в этом сдучае могут быть определены задачи и условия проектирования, строительства (или реконструкции) и эффективной экс-лдуатацик ПМО, обеспечивающие оптимальный по заданным хритери-' ям режим их функционирования, надежность работы элементов ШС и ограничивающие изменения природной среды в допустимых диапазонах для каждого уровня Ш0, т.е. их гоыеостатичность. Требования гоиеостатичнисти Ш10 могут быть выполнены, если:

- размеры нарушений балансов гидродинамических и гидрологических потоков, отражающих закономерности и степень взаимосвязи большого (геологического) и малого (биологического) круговоротов виды, вещества и энергии (по А.Н.Костякову, .И.П.Ай—

дарову, А.И.Голованову, Н.И.Парфеновой, Н.Ы.Решеткиной) не будут превышать допустимых уровней, определяемых параметрами указанных круговоротив с учетом ландшафтно-зональных и геоструктурных условий;

- при функционировании Ш.10 не должны быть превышены ограничения по использованию природных ресурсов (земельных и водных), и в первую очередь по показателям почвенного плодородия (т.е. по мелиоративным режимам), объемам стока, качеству поверхностных и подземных вод и среде обитания.

Глава 2. Типизация природных объектов при обосновании водохозяйственных и мелиоративных мероприятий. Система экологических ограничений Объективный анализ и оценка последствий водохозяйственной и мелиоративной деятельности за прошедшие 25-30 лет возможны, лишь при наличии четких критериев рационального природопользования, основанных на системе экологических ограничений и исходящих из минимального негативного воздействия этой деятельности на природную'-среду. В этом смысле экологические ограничения представляют собой систему количественных и качественных оценок экологической устойчивости (гомеостазиса) пр!фодного объекта на соответствующем иерархическом уровне (Н.И.Парфэнова, 1991; Н.М. Решеткйна, 1992; Л.В.-Кирейчева, 1993), превышение границ которых в результате водохозяйственной и мелииративной деятельности приводит к нарушению еистемн®! свойств, функциональных характеристик объекта и необратимым экологическим последствиям в соответствующих ландшафтно-климатических условиях.

Основное внимание в работе уделяется обосновании системы гидрогеоэкологических ограничений, являющихся базисной при оценке экологической ситуации в границах природного объекта. При этом следует подчеркнуть, что если негативные последствия антропогенного воздействия на гидросферу накапливается от детального к локальному уровня и далее, при нарастании нагрузки, приобретая региональный эффект, то система экологических ограничений формируется сверху вниз, т.е. пределы устойчивости природного объекта более высокого иерархического уровня и соответствующие ему экологические требования определяют систему и уровень ограниче-

ний на эту деятельность для природных объектов более низких иерархических уровней.

В связи с этим автором разработана типизация природных объектов, каждый из которых характеризуется единством природно-климатических и исторшсо-генетических особенностей и в его границах могу® быть сформулированы экологические ограничения на конкретные виды антропогенной деятельности - на масштабы и ин-' тенснвность водохозяйственной и мелиоративной деятельности.

Специфика каждого из выделяемых природных объектов состоит в том, что он отличается своим, характерным для этого объекта кругозором воды (точнее водным балансом, т.е. соотношением приходных и расходных статей); наибольший интерес представляют ли-тогенные, почвенные, речные, .озерные и другие звенья круговорота воды, образующие в комплексе материковый уровень. Последний вместе с атмосферным и океаническим круговоротами образуют большой круговорот воды в целом для Земного шара; в отличии от всех других звеньев (круговоротов) большой круговорот воды представляет собой замкнутую систему.

. Природные объекты, типизация которых рассматривается ниже, характеризуется своей материковой принадлежностью; единство их на любом иерархическом уровне раскрывается в их определении как "гидрогеосЕстеш", представляющей собой любую вещественно-энергетическую совокупность взаимосвязанных природных компонентов, объединенное в некоторую систему через водную компоненту прямыми и обратными связями. Типологически гидрогеосистема является трехмерным природным телом с характерными границами в пространстве, внутренней стрдотурой и особенностями функционирования.-

Авторш предлагается пятиуровенная иерархия природных объектов , в границах каждого из которых формируются различные по своей струяяуре и характерные лишь для этого уровня водные балансы и циклы взаимодействия поверхностных и подземных вод.

Верхний, глобальный, уровень природных гидрогеосистем соответствует гидрологическим системам и, презде всего, речным бассйнам I и П порядка, сформировавшихся в результате сложного взаимодействия во временя и в пространстве системообразующих по-• токов гравитационного типа - дитодинамического и водного, которые определите не только морфаметрические особенности границ по латерали и поверхности системы, но и сложную внутреннюю литоло-

гическув и геофильтрационцую структуру. Природные гидрологические системы рассматриваются как саморазвивающиеся и саморегули-руеыые системы с характерными историно-генетическиии закономерностями формирования,., со сложной внутренней структурой, выражающейся в определенном типе и количестве элементов (подсгстем) и входящих в них компонентов, с системой внесших и внутренних связей между ними, со своеобразной формой поверхности. С точки зрения внешних связей могут 'быть выделены гидрологические системы, двух типов: открытие, связанные с системами более высокого ранга в точках конвергенции, и закрытые (или условно закрытые), не имеющие таких связей. К первым относятся речные бассейны различного порядка, к условно закрытым - бессточные котловины,' бассейны озер и внутренних морей; при этом условно закрытые системы могут быть самостоятельной единицей на самом знсозом иерархическом уровне и могут быть отдельной частью (подсистемой) в границах открытых систем.

В соответствии с классификационным признаком в границах гидрологических систем вьделяются-элементы (или подсистемы), для каждого из которых характерными являются условия формирования поверхностного стока, транзит или его аккумуляция. При этом важнейшим аналитическим инструментом структуризации этих систем является топографический метод вторых производных (метод "пластики рельефа"), или метод изолиний, зависящих от современных и па-леолитодинамических потоков и представляющих собой геометрическое место точек перегиба горизонталей в виде линии нулевой кривизны поверхности (И.Н.Степанов, 1958). ¡Изолинии нулевой горизонтальной кривизны (морфоизографа), являясь элементом интегральной природной границы, при исследовании поверхности гидрологических систем в гравитационном поле Земли дают возможность с помощью картографических•моделей отобразить упорядоченную, генетически обоснованную мозаику потоковых структур. Последние, в свою очередь, отображая современные и палеолитодинамические потоки, дают возможность определить области формирования, транзита или аккумуляции поверхностного (склонового) стока и, соответственно, зоны наиболее вероятного питания подземных вод за счет поверхностных (И.В.Флоренский, 1991; Ы.Е.Вершинсхая, 19ЭЗ). .

Наиболее полной характеристикой^ определяющей состояние гидрологической системы, и, прежде всего, открытых речных бассейнов является величина руслового стока, его изменчивость во

времени и качество; однако не менее важную роль играют динамические характеристики склонового стока - такие как модуль стока,, его качество и т.п. Если первая является объектом воздействия водохозяйственной деятельности и в интегральном виде отражает экологическое состояние лишь одной компоненты гидрологической системы, то исследование склонового стока необходимо для решения проблемы экологической устойчивости в пределах всей системы.

Особое место в иерархии природных объектов занимает дан-дшафтно-географический уровень, 1шеющий азональный характер по отношении к границам гидрогеосистем.. Сформированные комплексом природно-климатических условий, дандшафтно-географические зоны (лесостепная, степная, еухосгепная, полупустынная, пустынная) характеризуется единством не только средообразующкх условий (климатических, типов рельефа, почвенных, гидрологических, тад-рогеологических и др.), но и единством сообществ растительного и кивотного мира. Устойчивость связей, сформировавшихся в течение длительного времени у езду ср едо о бразу ющими факторами и бко-той (в т.ч. и почвенной), дает возмсяшосгь оценивать изменение экологической ситуации при воздействии антропогенной деятельности на.наиболее динамичные факторы прйродаой' среды'-"поверхностный и подземный сток, а такие на почвенные и кккенерно-гео-догические условия. Данный подход хорошо согласуется с геосистемным подходом, разрабатываемым'А.И.Головановым (1993), который рассматривает"ландаафг как эталонную генетически единую геосистему с взаимообусловленностью и взашосвязностью различных ее компонентов (массу земной коры, воды, воздушные массы атмосферы, биоту и почвы)".

Учитывая то большое значение, которое придается величине гвдротермического коэффициента К при ввделении ландшафтно-юшыатических зон и оценке направленности почвообразовательных процессов, весьма перспективным при типизации территорий цо особенностям взаимодействия биологического и геологического круговоротов представляется преобразование его к виду;

СО: + Ог-6±'?)> : . (2.1)

где Я - радиационный баланс поверхности почвы, & - скрытая теплота парообразозашя, Ос - осадки, О^ - оросительная вода, О - отток поверхностных вод за теплое время года, - по-

казатель вертикального водообмена меяду почвенными и грунтовыми водами (И.П.Айдаров, А.И.Голованов, С.Н.Никольский, Х990).

Дальнейшая типизация природных объектов в границах гидро--■ геосистем носит существенно целевой характер и связана с- уста--новленяем совокупности природных факторов качественного и количественного характера, позволяющих оконтурить квазиоднородные территориальные единицы соответствующего иерархического уровня и содержащих необходимую и достаточную информацию для решения задач прогнозирования гидродинамического рекима под влиянием оросительных мелиораций.

Существующие принципы типизации природных объектов при обосновании проектов новых н реконструкции существующих мелиоратив--ных систем, рассмотренные в работах О.К.Ланге, М.Ы.Крылова, М.А. ИЬшдта, Д.М.Каца, Н.М.Решеткиной, Н.В.Роговской, Н.Н.Ходжибае-ва, А.Ы.Сойфера и др., основываются преимущественно на регио- > нальном подходе и заключается в последовательном ввделении соподчиненных таксономических признаков, характеризующих геоструктурные, геоморфологические, литолого-генетические и гидрогеологические условия исследуемых территорий.

В отличии от наиболее распространенных принципов гидродинамической типизации, имеющих формально-иерархическую структуру и связанных с последовательным выделением факторов формирования гидродинамического режима подземных вод, нами предлагается смешанный - региональный и типологический подход к выделению природных объектов. Суть его заключается в ввделении на первом этапе верхних таксонов, соответствующих основниа структурно-тектоническим элементам - геосиннлинальным и платформенным областям, а затем в оконтуриванш в гранхцах каждой из них морфоструктур-ных природных объектов, устойчиво различающихся жхру собой совокупностью равнозначных (с точки зрения гидродинамических прогнозов) качественных признаков литолого-генетического, гидрогеологического и геофильтрационного характера.

Региональный или иорфоструктурннй уровень природного объекта отличается единством комплекса морфогенетических, лито-дого-фациальннх и гидрогеологических особенностей, а также однотипностью потоковой структуры поверхности. С этой точки зрения природные объекты данного уровня являются отдельным элементом гидрогеосистемы, что дает- возможность локализовать однотипные

условия взаимосвязи поверхностных и подземных год и, соответственно, рассматривать баланс подземных вод в известной степени замкнутым.

В пределах геосинклинальных областей выделяется небольшие число морфоструктур, которые по комплексу морфокетрических характеристик, а также почвенных и гидрогеологических условий могут представлять интерес для организации регулярного орошения. К ним относятся предгорные равнины и впадины различной степени расчлененности, мезадырные (заадырные) впадины и конуса выноса. Большая часть перечисленных морфоструктур характеризуется достаточно высокой .степенью дренированности - от 150...300 мм/год ди 500...700 мы/год, которая определяется значительными уклонами потока подземных вод, наличием в разрезе пластов высокой водопроводамости (порядка-300.. .500 м/сут и более) и т.п. В границах кирфоструктур орогенной группы выделяются морфологические элементы с различной структурой баланса грунтовых вид -от интенсивно до слабо дренированных; поэтому гидродинамическую оценку морфоструктуры следует проводить исхидя из замыкающего ее морфологического элемента с наименьшей величиной бокового подземного оттока.

•• В пределах- платформенных- областей земли мелиоративного-фонда приурочены к следующим морфологическим структурам: речные долины П и ш порядка, водораздельные равнины, субаэрадьные дельты и приморские равнины. По степени естественной дренири-Еанности писледние более однородны, чем морфоструктуры геосин-• клинальных областей; из-за незначительных уклонов потоков подземных вод и отсутствия в разрезе водовмещающих горизонтов высокой проводимости рассматриваемые морфоструктуры могут быть отнесены к слабодренированным или практически-бессточным.

Принимая в качестве достаточно универсального гидродинамического критерия оценки экологической устойчивости морфоструктур. при планировании мелиоративной деятельности (т.е. при определении общей площади мелиорируемых земель и компановке систем) соотношение суммарной величины питания.подземных вод (вертикальная составляющая потока - ) и потенциальной величины оттока подземных вод (горизонтальная составляющая - ), все . геоморфологические структуры могут быть отнесены к хорошо дренировании а 0,1), умеренно-дренированным

и слабо дренированным ( ^ej^x ^

Локальный уровень природных объектов, соответствующий границам морфогенетического элемента как части более крупного таксона - морфологической структуры, характеризуется присущим только этой территории типом рельефа и ыорфометричеснлии характеристиками, комплексом почвенных, литолого-генетичесяих, гидрогеологических и геофильтрационных условий.

Морфоструктурн орогенной группы отличаются большим разнообразием составляющих их элементов с характерными литолого-фаци-альными комплексами (Д.М.Кац, Н.П.Костенко, С.И.Мирзаев и др.): глубоко расчлененные предгорные равнины, образованные мощной толщей лесссввдных супесей и суглинков аллювиально-пролювиаль-ного генезиса; набор морфологических элементов совершенных конусов выноса; верхние глубоко расчлененные аллювиальные террасы; эаадырные впадины и т.п.

Морфоструктуры платформенных областей более Евдерканы по набору ыорфогенетических элементов. В речных долинах, например, выделяются аллювиальные террасы различного возраста н водораздельные пространства, причем первые сложены, как правило, переслаивающимися песчано-суглинистыми отложениями с покровными образованиями более тяжелого механического состава.

. Следует подчеркнуть, что именно на локальном уровне типологического (целевого) рассмотрения природных объектов-представляется возможным совместить их контуры с контурами таксономических единиц ландшафтно-зкологического районирования (макроуровень), соответствующих видам земель (А.Г.Исаченко, А.А.Заученно, 1990; В.М.%пахин, 1994 и др.) и отличающихся не только однотипностью рельефа, минро-климатических характеристик и растительностью, но и почвенных и гидрогеологических условий (глубина УГВ, минерализация ГВ, структура водного баланса). Исходя из комплекса пр^фодно-ыаюгаратквннх и ландшафтно-экологических условий, на локальном уровне устанавливаются проектные параметры •мелиоративных систем, определяющие интенсивность водоподачи и водоотвода с орошаемых земель и формирующие, в свою очередь, мелиоративные режимы в корнеобитаемсм слое. В этом сшсле процедуру оптимизации мелиоративных режимов следует рассматривать не только как создание благоприятного водно-солевого, тешератур-ного и питательного'регаша, но и как минимизацию величины ирригационного питания подземных вод, поступления, воды и веществ из биологического круговорота в геологический. Решение данной за-

дачи возшшю лишь на основе четких представлений о структуре водного баланса в драницах морфологического элемента, формирующегося за счет инфильтрации атмосферных осадков, оросительной воды-на полях, фильтрационных потерь из оросительной сети,' бокового притока и-напорного питания; расходная часть определяется боковым оттоком в местную речную сеть и-за пределы морфологического элемента, а также эвапотранспирацией и величиной дренажного стока.

Пространственные границы природных объектов детального уровня соответствуют размерам элементов микро- и мезорельефа -в плане и ыощностью зоны аэрации - в разрезе. Одним из основных показателей экологического состояния природной среды при ландшафтно-зкологической типизации земель на данном иерархическом уровне является динамика процессов эффективного почвенного плодородия,. связанная с гидрологией почвенного слоя. Совмещение таксонов дяндшафтно-экологического и природно-мелиоративного (гвдрогеодого-мелиоратиЕного) районирования дает возможность одновременно рассматривать задачи по предотвращению переувлажнения почвенного слоя, вторичного засоления> слитообразования и т.п. и проблему, связанную с минимизацией потерь оросительной воды за пределами почвенного слоя; т.е. с водообменом мезду почвенныма и грунтовыми водами.

Основные характеристики природных объектов локального уровня,. опредехяющие неравномерность и интенсивность инфильтрации, связаны с соотношением мезду характерными размерами микро- и мезорельефа и ыощностью зоны аэрации и с геофилътрацконнш строением зона аэрации и параметрами отложений, ее слагающих. В частности, если горизонтальные размеры понижений на 1-2 порядка больше ысвдюсти зоны аэрации, то такие понижения оказывают заметное вдниние на величину инфильтрационного питания, реким УГВ -и их необходимо учитывать при районировании орошаемых земель^ незначительное увеличение некапиллярной пористости и диаметра ходов-земгероев приводит к формированию транзитных потоков оросительной еоды на УГВ и существенному (в 1,5-2 раза) увеличению интенсивности инфильтрационного питания (И.С.Пашковский, Д.Р. Шредер, 1961). .......

Свстема гидрогеолого-экологических ограничений при обосновании водохозяйственной и мелиоративной деятельности.

Как показал анализ исследований в мелиоративной гидрогео-

логии и инженерной геологии (Н.Ы.Решеткина, 1991; Л.В.Кирейчева, 1993; Г.К.Бондарик, 1986; Б.В.Пендин, 1992 и др.) по оценке экологической устойчивости природных объектов под влиянием антропогенной деятельности вообще и водохозяйственной и мелиоративной в частности, наиболее перспективным является метод оценки, основанный на интегральном показателе. Последний может быть представлен в виде линейного аддитивного полинома J-ÍS-^^í > где - весовой коэффициент при ^ -ом природном иля антропогенном факторе формирования экологической ситуации. Аддитивность полинома и значения могут быть получены в результате активного вычислительного эксперимента с прогнозной моделью, выполненного по схеме ПФЭ типа 2

В частности, для природных объектов детального уровня в качестве интегрального показателя, на основе которого формируются экологические ограничения,' предлагается рассматривать величину v кнфильтрацконного питания в виде Jaw'J") - как функцию мощности зоны аэрации Л„ ; комплекса "к"-ых мелиоративных факторов - UK (поливная или оросительная нормы, pesio.« орошения, характер сельхозиспользовани^, & - гидрофизические параметры ненасыщенной зоны и т.п. - -

Введение классификационных интервалов для интегральных показателей вида J&w дает возможность выполнять оценяу экологической Ситуации в пределах природных объектов в зависимости-от -масштабов и интенсивности мелиоративной деятельности - от экологически-безопасной до экологически катастрофической.

Система экологических ограничений и их количественные значения формируются на основе общих принципов, включающих:

- принцип единого экологического пространства, заключенно- . го в границах гидросферы, атмосферы и литосферы;

- принцип интерференции, предполагающий усиление (или ослабление) экологического воздействия двух н более антропогенных факторов на природаую среду.

К числу частных принципов следует отнести следующие свойства экологических показателей "Э":

- экологический показатель - величина относительная, представляющая собой отношение антропогенной нагрузки к величине ■ гоыеостазиса, или^экологической устойчивости природного объекта;

- по своему содержанию экологический показатель включает

в себя прогностические элементы и элементы эмпирических оценок;

- классификационные уровни экологических показателей могут включать следующие оценки экологической ситуации - безопасная, удовлетворительная, критическая и катастрофическая;

- экояигические показатели должны быть инвариантны по от- • •' ношений' к дандшафтно-географическим зонам; в зависимости от них меняется только количественное значение показателя.

Объемные гидроэкологические показатели состояния среды для природных объектов различного иерархического уровня и соответствующие ограничения, накладываемые на "3" при планировании мелиоративной деятельности, представлены ниже:

- гидрологическая система (глобальный уровень). Объемной характеристикой состояния гидрогеосистемы является величина речного стока V (млн.ы3). При доле объема стока ^ ~ 1,0 сохраняется естественное состояние системы; 0,9 или & ~ 1,1, сформировавшаяся в результате водохозяйственной деятельности, соответствует степени допустимого воздействия; при 0,7 или Р, ~ 1,3 наступает предел допустимого воздействия (В.В.Шабанов, 1993); ■ ■

- ландшафтно-географическая зона. Интегральным показателем, состояния данной системы является гидротермический коэффициент

,/? ..позволяющий выделять ландшафтно-геосистемные элементы...Его . изменение в пределах 0,9,..1,1, связанное в основном с изменением водного режима, находится в пределах удовлетворительного состояния природного объекта данного, уровня; дальнейшее отклонение величины Л ит оптимального^,*" 1,0) до + 0,3 говорит о критическом состоянии объекта;

- геоморфологическая структура (региональный уровень). Снижение потенциальной дренированное™ геоморфологической структуры, связанное с созданием-крупных водохранилищ на водотоках, представлявдих собой региональные дрены, а также увеличение объемов подземного стока в результате оросительных мелиорации, осуществляемых в пределах того же природного объекта, приводят

к накоплении-запасов подземных вод. Если отношение.величины питания ГВ к потенциальной дренированности увеличивается на 10%, то система сохраняется в пределах природной устойчивости, при 31$ - наступает предел допустимого- воздействия мелиоративной деятельности.

- геоморфологический элемент (локальный уровень), экологические ограничения накладываются на величину "ирригационного" питания грунтовых вод НИ , которое формируется за счет фильтрационных потерь из оросительной сети и в границах орошаемого поля. Для условий степной зоны величина не должна . превышать Ш-12% от эвапотранспирации И^; для сухостепной -

15...0,205); полупустынной 0,25...и,3($).

- элементы мезорельефа (детальный уровень). Буферность природного объекта данного иерархического уровня связана с интенсивностью водообмена медцу почвенными и грунтивыми водами

( С.й.Аверьянов, И.П.Айдаров, А.И.Голованов). В частности, величина инфильтрационного питания для степной зоны не должна превышать 8. ..12% от оросительной нормы ££» ("нетто), для сухостепной и для полупустынной - -

^(20.. .25594,. ■ /

Необхлдимо подчеркнуть, что рекомендуемые ограничения в размерах Зи...35% от естественных объемных показателей (подземного стока, инфильтрационного питания), определяющих пределы допустимого антропогенного воздействия на природный объект, ' является общеэкологической оценкой.

Экологические ограничения, накладываемые на показатели к качества природной среды (гидрогеохимический режим, тип и уровень загрязнения поверхностных и подземных вод и т.п. носят существенно дифференцированный характер в зависимости от ис- . ходного состояния природного объекта и экосистемы, от вида антропогенной деятельности, от типа загрязнения, длины цепи -почва - растение - животное - человек - и могут варьировать в достаточно широком диапазоне.

Глава 3. Закономерности гидродинамического режима подземных вод на орошаемых землях

Проявления гидродинамического режима подземных вод на орошаемых и прилегающих к ним землях многообразны по своему масштабу, направленности и интенсивности и определяются, наряду с особенностями природных условий, комплексам инженерных, мелио-' ративных' воздействий. Показатели гидродинамического режима подземных вод изменяются не только в различном временном диапазоне - от сезонного.до многолетнего, но и зависят от уровня рас-

смотрения пространственной структуры объекта исследований, связанной с изменчивостью искусственных режиыообразующих факторов: детальный, локальный, региональный (И.С.Дашковский, 1936; H.il. Решеткина, Т.Н.Антипова, 1987; Д.А.Ыанукьян, 1988; Л.М.Верина,-1930; Н.й.Парфенова, 1991).

Детальный уровень. Показатели . гидродинамического режима подземных вод на этом уровне формируются под влиянием поступления оросительной воды в границах севооборотного орошае-. мого поля. В пространственном отношении они осредняются в пределах морфоыетрических границ мезорельефа. Во временном диапазоне эти показатели могут рассматриваться в широком пределе - от суточного и сезонного до многолетнего. В первом случае они определяются резинами орошения и осадками, т.е. сроками и количеством поливов, величиной поливной нормы, бо втором-- сред-нешоголетними величинами оросительной нормы и атмосферных осадков. ... 1 *

Теоретические основы процессов поступления и расходования влаги в зоне аэрации, протекающих под воздействием гравитационных, гидростатических и'капиллярно-сорбционных сил, рассматривались в многочисленных трудах отечественных и зарубежных авторов: С.Ф.Аверьянова, Й.П.Айдарова, В.В.Бадова, А.Е.Будаговского, В-.В.Ведершшова, A.il. Глобуса, А.И.Голованова, В .Я.. Кулика, C.B. Нерпина, И.С.Пашковского, А.А.Роде, Б.А.Файбишенко, А.Ф.Чуднов-ского, В.Е.Шестакова, Д.Ш.Щульгина, а также Е.Бекингема, Р.Гарднера, 'И.Рубина, Е.Чайлдса, Р.Фриза, И.Филипа и др. Дальнейшее совершенствование неделей влаголереноса цроводилось в направлении учета сложной структуры перового прос^анства, влияния различных типов граничных условий на поверхности земли, дополнительных источников и стоков влаги в зоне аэрации. Однако закономерности влаголереноса в реальных условиях орошаемых земель 'оказываются многообразнее теоретических представлений, особенно в многолетнем разрезе.

'Данные исследований на орошаемых землях Саратовских Сыртов, лессах Украины, I очереди Карпинской степа показали, что в первый se вегетационный период при оросительной норме.7000...9000 tfVra происходит увлажнение верхней 4,0Ь. .5,0 -метровой толщи зоны аэрации, сложенной сулесчаао-суглинистыш породами, а в ыежвегетагрюшшй период увлажняются, еще 2,0...2,5 м. Близкие скорости продвижения фронта увлажнения отмечаются и на орошае-

мых землях Яванской впадины, в пределах которой зона аэрации сложена преимущественно суглинистыми породами (Е.Н.Сквалецкий, 1986). Полное смыкание фронта увлажнения с уровнем грунтовых вод происходит через 3...5 лет после начала орошения при. мощностях зоны аэрации порядка 20...25 м, тем не менее напало подъ- • ема УГВ отмечается уже через 2-3 года.

При анализе закономерностей гидродинамического режима грунтовых вод во вцутрисезонном разрезе отмечается также заметная роль процессов, происходящих в верхней части зоны аэрации и зависящих от климатических условий и характера растительного покрова. Представляет интерес влияние степени увлажнения корнеоби-таемого слоя на величину глубинного стока, который при 0,7НВ (наименьшая влагоемкость) составляет лишь 10$ оросительной нормы, при 0,8КВ достигает 15^, а при 0,9НВ становится равной 20... ^ 25%. При влажности корнеобитаемого слоя НВ = 1,0 глубинный сток становится равным 40$ (по данным теоретических расчетов А.И.Голованова, И.П.Айдарова и др.), что подтверждается результатами многочисленных экспериментальных исследований.

На динамику процессов питания подземных вод оказывает влияние характер строения и структура зоны аэрации: слоистое строение, наличие макропор и трещин, агрегированная структура водо-проводящей среды, анизотропия диалогических разностей, наличие слабопроницаемого прослоя-с Кф,- существенно-меньшим интенсивности вертикального потока влаги (Кф^ЛЧ приводит, как правило, к формированию верховидки; напротив, наличие макропор и трещин объясняет значительные величины Кф пород зоны аэрации и высокую интенсивность впитывания оросительной воды. Некалиллярна.г: пористость пород зоны аэрации становится причиной гравитационных сбросов воды на УГВ и практически мгновенной его реакции на начало орошения.

Однако наибольшее влияние на величину питания ГВ в пределах орошаемого поля оказывают способы и режимы орошения, поливная техника и технология проведения поливов. При глубоком зале- -гании УГВ минимальные значения инфильтрациинного питания IV отмечаются при использовании закрытых трубопроводов и доядеваль-ных машин типа "Кубань", "Фрегат", "Волжанка" при правильной их эксплуатации; в условиях степного климата при оросительной нор-

ые OofT 3000...5000 ы3/га питание не превышает 50. ..100 мм/год или 20-2955 от поливной нормы. При использовании машин типа ДЦА-100 или ДЦА-Ю0А питание ыокет достигать 150...200 мм/год (P.A. Баер/ 1366; В.М.Яшин,' 1987 и др.). При поверхностном поливе в условиях пустыни и подуцустыни величина инфильтрационного питания в среднем составляет порядка 2500...3000 м3/га - при оросительной норме в пределах 7000...ICOÜÜ ы3/га.

- Анализ результатов многочисленных исследований показал, что величина питания грунтовых вод на орошаемых землях в многолетнем разрезе составляет 20...30? от среднемноголегнего значения оросительной нормы V ~ (0,2...О.З)-^)^ или практически полив ведется до 0.ШВ увлажняемого слоя.

Таким образом, в пределах орошаемого поля баланс грунтовых вод при глубоком их залегании характеризуется существенный преобладанием приходных статей баланса над расходными - за счет инфильтрационного питания, более чем на порядок превышающее естественное, Т.е. МС/а^>У)/есгг '

На локальном уровне - орошаемый массив - закономерности режима подземных вод формируются под влиянием гидромелиоративной ., системы в границах морфологических элементов (речных террас и дельт, конусов выноса, мекгорных понижений-и.т.п.) и определяются изменчивостью инфильтрационного питания на орошаемых землях и величинами фильтрационных потерь из внутрихозяйственной, мгжхо-зяйственной оросительной сети, магистральных каналов и внутрисистемных водохранилищ. Последние представляют собой один из ведущих факторов формирования режима и баланса подземных вод на этом уровне, поэтоиу решение проблемы сокращения фильтрационных потерь из оросительной сети находится в тесной связи с решением вопроса рационального использования водных и земельных ресурсов и сохранения экологического равновесия в зоне их влияния. ■ -

Теоретические аспекты формирования фильтрационных потоков из ороситеяьных каналов, рассматривающие две стадии-- протачивания и подпертого режима, излохены в работах С.Ф.Аверьянова, В.В. Ведерникова, Н.Н.Веригина, Н.Н.Павловского, П.Я.Подубариновой-Кочиной, В.Ы.Шестакова и др. В соответствии с теоретическими оценками первая стадия свободной фильтрации длится от нескольких месяцев до нескольких лет - в зависимости от периодичности работы канала, характера противофильтрациошшх покрытий, дитодогичес-ского состаза подстилающих пород. Поэтому при долгосрочных прог-

низах начальный периид свободной фильтрации сохраняется в тех случаях, когда каналы заложены в хорошо проницаемых породах и на участках с высокой степенью дренированное™; в больнинстве случаев стадия подпора наступает достаточно быстро и формируется е течение нескольких десятков лет.

В настоящее время более 6Ц£ оросительной сети различного типа заложены в земляных руслах, остальная же часть проходит в лотках или имеет противофильтрацио'нную облицовку. Соответственно, в широком диапазоне варьируют и значения коэффициента полезного действия элементов оросительной сети - от внутри- и межхо-зяйственний до крупных каналов - меняется от 0,4 до 0',9. Наименьшими значениями КПД (характеризуется внутрихозяйственная оросительная сеть, заложенная в земляном русле; фильтрационные потери в этих случаях за сезон могут достигать более 1000 м3/га, что составляет порядка £5% от оросительной нормы брутто, напри- ч мер на Кисловской ОС {В.М.Яшин, 1937). В зоне влияния оросителей величина подъема УГВ при поливах достигает 2,0. ..2,5 м, а между ними - лишь 0,3...0,6 м, чти подчеркивает доминирующую роль .фильтрационных потерь в питании грунтовых вод и составляет 55-65% в приходном балансе последних. Аналогичная картина наблюдается на орошаемых землях Таджикистана, где КПД оросительной сети варьирует от 0,48___0,55 - на старооротаемых землях

до 0,6. ..0,7 — на новоорошаемых.

Проведенные в работе обобщения показывают, что доля фильтрационных потерь из оросителей в земляных руслах в приходной части баланса подземных вод Достигает 80...85? - для зоны пустынь, порядка 70...75% - для зоны полупустынь и около 50...55% для степных регионов.

Интегральной характеристикой гидродинамического режима подземных вод, отражающей не только природные Геоморфологические, гидрогеологические и др.) условия, но и технический уровень мелиоративных систем и совершенство техники и технологии орошения, является скорость подъема уровня подземных вод. Даже при исходной глубине УГВ более 25...30 м через 2-3 года после начала орошения начинается подъем УГВ, имеющий форму низкоамплитудной синусоиды. Лишь на хорошо дренируемых зешшх, занимающих не более 15% всех орошаемых площадей в стране (высокие террасы, верхние части конусов выноса, межгорных впадин), скорость, подъема составляет 0,3.!';0,8 м/год, на остальной же территории она

достигает 1,0...1,5 и более м/год.

Региональные закономерности рассматриваемых процессов связаны с многолетними изменениями гидродинамического режима пид-

■ земных еод, формирующихся под влиянием мелиоративного и водохозяйственного строительства в пределах крупных .морфологических , структур: в долинах и дельтах крупных рек;чна приморских, эоловых- равнинах;. в предгорных и межгорных впадинах и т.п.

Вопросам изучения региональных закономерностей гидродинамического режима подземных вод посвящены исследования А.К.Алимова, В.А.Барона, В.В.Бейлина, Р.А.Баера, В.А.Духовного, Г.Ю. Исрафилива, Д.М.Каца, Н.А.Кенессарина, Ы.М.Крылова, Д.А.Манукь-яна, Н.Н.Муромцева, И.С.Пашковского, Н.М.Решеткиной, А.Ы.Сой-фера, Н.Н.Ходашбаева, М.А.Ймидта и др.

На данном иерархическом уровне ведущей характеристикой гидродинамического режима подземных вод становится величина подземного стока, которая существенным образом зависит от геолого-гео-мирфилогических и гидрогеологических особенностей территории -с одной стороны, а с другой - от величины антропогенной и, прежде всего, мелиоративной и водохозяйственной нагрузки на естественные ландшафты. По данным В.А.Всеволожского (1983) величина подземного стока в естественных условиях степной зоны Русской платформы составляет 10. ..30 мм и в" сухостепнбй'збне - не менее Ю мм при соответствующих модулях подземного стока порядка 0,7 л/км2 и 0,16 л/км**. Однако создание каскада водохранилищ на крупных реках, являющихся основными региональными дренами для зин интенсивного подземного стока, привели к его заметному сокращению - в 1,5-2,0 раза, увеличению доли напорного питания в приходной части баланса грунтовых вод и уменьшению модулей подземного стока. В комплексе с негативными последствиями орошения перечисленные выше явления становятся причиной напряженной эки-' логической ситуации на территории региональных морфологических структур. ■

'. Особую роль в фор?л1ровании закономерностей гидродинамического режима подземных вод играют крупные магистральные каналы, большинство из которых представляют собой уникальные гидротехнические сооружения: Главный Каракумский канал им..В.Й.Ленина (Туркмения), Юано-Голодностепский канал - (Узбекистан), Северо-

■ Крымский канал (Украина), Большой Ставропольский канал (Россия). В зависимости от геоморфологических и гидрогеологических условий

от литологического строения подстилающих пород фильтрационные потери могут превышать 50$ от расхода канала, заметно уменьшаясь до 15-20$ при смене свободной фильтрации на подпертую. Например, в начальный период.(1954-1956 гг.) эксплуатации I очереди Кара-думского канала (0-400 км) потери воды превышали 50 к3/с, что-составляло более 75% от расхода канала; в 1975-1976 гг. они уменьшились до 15-2СЙ. Е зоне влияния большинства из магистральных каналов, проходящих в хорошо проницаемых отложениях, формирующих крупные линзы пресных вод, новые гидродинамические и гидрохимические структуры, существенно уменьшается дренированность прилегающих к ним орошаемых площадей (С.Ф.Аверьянов, Д.М.Кац, В.И.Ку-нин, Н.И.Плогников, Н.В.Роговская и др.).

Необходимо отметить и значительную роль каскадов зфупных водохранилищ на больших реках на степень дренированности прилегающих территорий. Обобщение данных, выполненное по малым рекам Восточного Приазовья, рекам Волга, Дон и др., показывает, что со-v здание .обратных уклонов, потока в зоне влияния водохранилищ приводит к заметному сокращению подземного питания рек напорными и грунтовыми водами, к уменьшению на 30-50^ степени дренированности прилагающих территорий.

Таким образом происходит наложение сезонного.изменения УГВ за счет мелиоративной деятельности на многолетнюю динамику ГВ, сформировавшуюся под влиянием водохозяйственной деятельности, что в.конечном счете определяет содержание региональных гидродинамических прогнозов.

Глава 4. Система математических моделей прогнозирования режима подземных .вод на орошаемых землях

Основой количественных процессов гидродинамического режима . подземных вод на орошаемых землях являются математические модели, адекватно отображающие пространственно-временные закономерности движения подземных вод и влаги в реальных пористых средах и содержащие определенным образом осредненные характеристики процессов, среды и управляющих мелиоративных воздействий. Собственно математические модели гидродинамических процессов являются детер-гжкироввнной часть» расчетной схемы объекта прогнозирования; широкий набор таких моделей рассмотрен в многочисленных работах отечественных и зарубежных авторов и охватывает почти весь спектр инженерных задач, решаемых в практике мелиорации и.водного-хозяй-

ства: от детального - в пределах орошаемого тля до регионального, рассматривающего фильтрационные потики на уровне крупных геоморфологических структур. Между математическими моделями, каждая из которых характеризует свой пространственно-временной уровень гидродинамического процесса, могут быть определены достаточно четкие границы, устанавливающие феноменологическую самостоятельность' (или независимость) каждой из моделей. В то же время прием-ственность между моделями разного уровня, связанная с общностью -объектив исследования, динамических функций {напоров или расходов потока), управляющих воздействий и т.п., позволяет сформулировать принцип информационного единства. Поэтому в основе построения системы шделей, описывающих не только гидродинамические, но и гидрогеохкиические, и почвенно-мелиоративные процессы, должен лежать принцип феноменологической самостоятельности и информационного единства моделей процессов, протекающих в границах объекта прогнозирования различного иерархического уровня. Далее рассматриваются математические модели, используемые на детальном, локальном и региональном уровнях прогнозирования гидродинамических процессов.

а. Кодели детального уровня. Наиболее полно модели гадро-динамичедхого. режима в .границах орошаемого .поля рассмотрены в работах С.Ф.Аверьянова, И.П.Айдарова, В.С.Борисова, A.M.Глобуса, А.И.Голованова, В.Е.Клыкова, А.Я.Олейника, И.С.Пашковского, Я.М. Рекса, А.Б.Сигникова, М.Г.Хубларяна, А.ФДудновского, В.Ы.Шестакова, Д.Ф.Шульгина, А.М.Якиревича, в трудах Е.Бекингема, Д.Ри-чардса, Д.Рубина, Е.Филипа и др.

Для описания процессов влагопереноса с целью прогноза водного режима корнеобитаемого слоя почв и пород зоны аэрации для случая жесткой изотропной среды используется модель вида:

(4.1 )

где £(&)= - дифференциальная Елагоемкость; Н=<Г-£ .-г обобщенный потенциал влаги (напор); О - объемная влажность; к (о) -коэффициент влагопроводности; V - капиллярно-сорбционный потенциал; интенсивность отбора влаги корнями растений.

Мелиоративные факторы при решении .уравнения (4.1) моделируются с помощью граничных условий I рода - . соответствующее поверхностному поливу, или И рода .'Когда моделируется полив дождеванием, осадки и испарение. На нижней границе области (при ) задается либо известная величина потенциала влажности -*-{({) , либо отток -дн/д%. При глубоком УГВ задается условие свободного стекания, когда dH(L,i)/d2—l

Основная область применения модели (4.1) связана с расчетами режима влажности; реже оно используется для оценки величины инфильтрационного питания подземных вод при орошении (И.С. Пашковский, 1973; I.Р.Шредер, 1981). Однако именно эта область является основной в задачах прогнозирования гидродинамического режима подземных вод. Количественные оценки, подученные на основе этой модели, позволяют увязать задачи орошаемого земледе-.. лия по расчетам влагозапасов в корнеобитаемом слое, по регулированию мелиоративных режимов и т.п. с задачами обоснования параметров мелиоративных систем.

Для оценки величины влагообмена между корнеобитаемым слоем и грунтовыми водами с помощью модели вида (4.1) были выполнены расчеты водного баланса ГВ в пределах лизиметрической площадки ■ на Бардинско'й CfcC, располоаенНий на орошаемых "землях Карабахской степи Азербайджана (Д.А.Манукьян, Г.А.Майылов, В.М.Яшин, 1985). В качестве начальных условий принималось распределение влажности (z.) на январь 1980 г., на верхней границе

задавалось условие П' рода - разность между водопоступлением (осадки плюс поливы) и испарением. В качестве начальных значений параметров влагопереноса С (в) и к(е) принимались их значения, полученные по результатам определения на капилляриметрах типа ВНИИГиЫ и ВСЕШНГЕО для каждой диалогической разности; калибровка модели по параметрам влагопереноса проводилась путем сопоставления модельных и фактических эпюр влажности в (в) в лизиметрах - без растительности.

' В данном случае весьма существенным оказалось влияние слабого и среднего уровня засоленности сульфатно-гидрокарбонатного типа, характерного для верхнего слоя почвы, представленного . тяжелыми суглинками. По Уага££уоу (1976) проницаемость почв составляет при пиесных почвенных водах - 1,04 м/сут, при NoC03-0,12,

* - OOSH

^Ч^Ою/*- 0,036 и MOzCOjOéw - 0,0026, соответственно, что потребовало корректировки подбора Кф верхнего слоя.

Дальнейшая калибровка модели по моделированию водного режима .с учетом отбора влаги корнями..хлопчатника выполнялась путем, сравнения модельных и фактических данных расходов влаги на нижней границе лизиметра при глубине УГВ - 0,5; 1,0; 2.,0 и 3,0 м; при этом величина J задавалась по формуле

«7-Л ■J{&J-f{z)//'*"j№/(z)c/z (4'2)

где 7се)-Г(в-ев)(т4>)/Сенв -esfj,xe ;

¿к - суммарная скорость отбора влаги из корнеобитаемой зоны мощностью hjnoг ; 63 - влажность завядания; бм - наименьшая вла-гоеыкость; m - пористость; /¿г) - фуннция, учитывающая распределение корневой системы по глубине. Для хлопчатника были подобраны следующие значения 2, =0,031, 2Л =0,031 и 0,263.

Следует отметить, что важное место при выполнении калибровочных расчетов занимают элементы вычислительной схематизации -наилучшие результаты были получены при задании'продолжительности поливов, равной фактическому, т.е. =0,2-0,6 сут.

Принципиальным выводом из опыта применения модели типа (4.1) для расчетов гидродинамического режима ГВ в пределах орошаемого поля является утверждение, о том,.что минимизация питания ГВ. при орошении может быть достигнута только при учете комплекса процессов, происходящих в корнеобитаеыом слое, и на основе динамических моделей развития растений.

- б. Модели локального уровня. Для расчетов гидродинамического уровня подземных вод в границах .мелиоративных систем или отдельных частей, учитывающих безнапорный характер потока, т.е. в условиях насыщенно-ненасыщенной фильтрации, широкое развитие получили модели, разработанные В.М.Шестаковым, И.С.Пешковским, Д.А.Ыа-нукьяноы и др. ("двухслойная" модель безнапорного потока), Д.Болтоном, Б.А.Бароном (модель с "переменной во времени водоотдачей") и др. Применение последней модели ограничивается гидродинамическими прогнозами УГВ под влиянием изменений на границе потока, так как в условиях поступления гравитационной влаги на УГВ эффект "замедленной* водоотдачи отсутствует.

Проблема моделирования совместного движения влаги в насыщен-

но-ненасыщенной средах с принципиально новых позиций была рассмотрена в работах Д.Рубина (1961), а затем в работах Р.Фриза, В.Ба-дова, А.А.Киселева, И.С.Панковского, В.И.Сабинина и др. Дальнейшее -развитие данного-подхода для прогнозирования водного режима под злиян«ем орошения на.локальном уровне выполнено автором совместно с В.С.Борисовым (1985) на основе модели, учитывающей капиллярно-пористую структуру среды и процессы энергомассообмена внутри системы. Тогда система уравнений сохранения импульса и массы запишется в виде

^с[9/сИ уоР^ Р2~70 Г , (4.За)

др/дй * УрТ-Уо , - (4.36)

где- уз - пористость, / - Еектор скорости, 7 - массовая сила, 2. - тензор напряжений, Я - интенсивность источников-стоков, д/дх , д/ду,дифференциальный оператор, 6 - время,- , Х,у - горизонтальные декартовые координаты, 5 - вертикальная координата.

Если & и ¿V части объема, занятые свободной и связной влагай ( в+М-П - объемная влажность), а/? <л /> - их средние плотности, то соответствующие концентрации будут равныу>& и^й., Т.е. /¿О^СМ-Г/)-

Уравнение сохранения массы для связной жидкости имеет вид Далее^если и вводя потенциал у7" . когда

л^-Оур , и при уравнение (4.3а) примет вид

, (4,4)

где ^ - ускорение свободного падения, - эмпирический коэффициент, Н-Ч1//} ± 2 - гидродинамический напор.

Пренебрегая инерционными членами, получим известный закон Дарси-Кдюта, связывающий элементарный поток ^ и градиент

гидродинамического напора , где

При , />-¿^0 с учетом <9 =вСу), вводя

Ф)=с1в/Ыр , подучим известное уравнение движения воды для зоны полного и неполного насыщения:

С(е)дН1&1 = -7(мН)+Яв .(4.5)

В более общем случае, когда удерживаются инерционные члены, получаем для элементарного потока уравнение А.В.Лыкова:

где, , . „ . . (4.6а)

Как видно из (4.6а), Т слабо зависит от & и, принимая Т=согпк> уравнение движения жидкости в почве и в породах зоны аэрации запишется как

Тд/еЦа дн/дфа дв[д6=У(ф)ян)+ио1-Тб7в/д6 (4.7)

Для большинства практических случаев прогнозирования водного регшма в ненасыщенной зоне можно пренебречь горизонтальными составляющими потока (вслед за Д.Рубинш и И.С.Панковским) и тогда первое слагаемое в правой части (4.7) примет видд/д2(к{е)дн/д})

. Для описания процесса фильтрации в насыщенной зоне воспользуемся известной гидродинамической моделью:

д/дх(4.8) а на границе сшивания (4.7) и (4.8), т.е. на поверхности УГВ -условием сопряжения:

дн/д^к(е)дк/дк дН/дх+№) дк/ду дфу Н-^к при

Таким образом, если известно решение задачи (4.8) при соответствующих краевых условиях, то' задача прогнозирования влагопе-реноса и динамики УГВ может- быть сведена к решению ряда одномерных задач, число которых должно соответствовать чисду расчетных схем с характерными геофильтрационными и ирркгационно-хозяйствен-ннии условиями.

Еще более упрощается решение поставленной задачи при переходе к гидравлической модели в зоне полного насыщения. Интегрируя (4.8) от поверхности всдоупора Е=*/<!У,у) до поверхности УГВ при У,у,а) подучим:

у=д/дл£к{к-/)дЛ/дх)* ФуЕЩ-^дк/ду) (4.10)

при .

Таким образом, обобщенная модель прогноза водного решша в породах зоны аэрации к динамики свободной поверхности грунтовых вод .может быть записана в виде системы уравнений: ...

О дН/д(: - д/д£(к(е)дя/дк)* 7 (4. На")

где - интенсивность питания на подошве водоносного пласта. Характер условий на верхней границе модели (4.На) рассмотрен в предыдущем разделе данной главы автореферата; условия на границе потока для уравнения С 4.116) могут быть описаны условиями I рода, соответствующими Л«/{¿) , П рода шли И] рода -

увязывающем изменение расхода потока с напором.

В подобной постановке задача совместного движения влаги в насыщенно-ненасыщенной зонах была рассмотрена И.С.Пашковским (1986), а также В.Л.Поляковым - для зоны избыточного увлажнения; однако сшивание (4.11а) и (4.116) было осуществлено недостаточно корректно. С.Ы.Антонов и др. (1986) рассмотрели частный случай с неподвижной нижней границей.

Полноценная оценка экологической ситуации на орошаемых и прилегающих' землях невозможна без гидрогеохимических расчетов или оценки загрязнения земель тяжелыми металлами, радиовдкли-дами и т.п. с последующей разработкой соответствующих мелиоративных мероприятий. Поэтому в работе представлены исследования а результаты прогнозирования водни-солевого режима почв и грунтов под влиянием горизонтального дренажа - для конкретных условий Карабахской видно-балансовой станции - на основе системы уравнений .(4.Па)- 4.116) и моделей солепереноса (Л.М.Рекс и А.М.Якиревич, 1973), трансформированных для профильного случая. Во втирим случае - также на локальном уровне - было проведено обоснование параметров капитальных примывок загрязненных тяжелыми металлами пойменных земель р.Пахры на основе моделей равновесной геохимической термодинамики и условии материального баланса вещества в ионно-солевом комплексе, дополненного системой уравнений, определяющих минимум свободной энергии Гиббса (С.Р.Крайнов, В.А.Барон, Ю.В.Шваров и др., 1988). В работе показано, что практически иммобильные тяжелые металлы - медь, кадмий, никель и др. переходят в мобильное состояние в кислой среде (при добавлении в промывную воду соответствующих химме-лиорантов).

в. Гидродинамическая модель регионального уровня, используемая для прогноза режима подземных вод под влиянием нескольких' мелиоративных систем (в границах геоморфологических структур или артезианского бассейна П или Ш порядка), представлена уравнением Буссинеска (П.Я.Кочина, 1952; В.М.Шестаков, 1965 и др.):

/] дА/д{ =.д/дк(кк ОА/Ох) + д/ду(кН дА/ду) +

+ (4.12)

где у/ - коэффициент емкости [водоотдачи'или'недостаток насыце-" ния); С?,- - интенсивность точечных источников-стоков с координатами (Хо,у0); , у-у.) - дельта функция Дирака: и гп„ - коэффициент фильтрации и мощность раздельного слабопроницаемого пласта. Остальные обозначения прежние.

Уравнение (4.12) описывает поверхность грунтовых вод, являющуюся функцией плановых координат с осредненной по вертикали скоростью фильтрации (предпосылка Дюпюи). Поэтому влияние как внешних, так и внутренних границ потока. (каналов, дрен и т.п.), обуславливающих его пространственную структуру, в данной модели может быть учтено с помощью методов фильтрационных сопротивлений, метода фрагментирования.

Следует отметить, что на основе уравнения Буссинеска и различных его модификаций выполняются региональные фильтрационные расчеты гидромелиоративных систем, включающие прогноз подъема 1ТВ на орошаемых землях в комплексе с .оценкой подпора подземных вод под влиянием крупных водохранилищ;, прогноз подъема УГВ при взаи-модействиии нескольких мелиоративных систем; оценку режима грунтовых вод под влиянием крупного водоотбора для целей орошения.

Важная область применения модели фильтрационщлх потоков .тита (4.12) связана с возможностью решения целого кимплекса обратных задач, включающих, в частности, региональную параметризацию фильтрационных потоков в кусочно-однородных слоистых средах или определение среднемноголетней величины инфильтрациодаого питания подземных вод как функции плановых координат.

Перспективным представляется применение уравнение Буссинеска как модели фильтрационного потока с распределенными параметрами, позволяющей прогнозировать в границах водосборного бассейна гидрогеоэкологические последствия изменений в характер землепользования, вырубки лесов или интенсивной урбанизации территорий.

Модель (4.12) с учетом высказанных комментариев была реализована на конкретных примерах прогнозирования УГВ под влиянием орошения на территории'Комсомольской оросительной'системы {.По- ' волжье) и Аштскиго массива орошения (Таджикистан)-; подробное опи-. сание данных примеров приведено в диссертации.

Глава 5. Информационное обеспечение моделей прогнозирования

режима подземных вод на орошаемых землях Одним из основных условий, определяющих достоверность не только гидродинамических, но и-любых других прогнозов-развития природно-ыелморатиЕных процессов на орошаемых зешшх, является качество и детальность исходной природной и иррнгационно-хозяйст-венной информации, используемой в моделях прогнозирования.

К наиболее значимым параметрам и показателям, определяющим динамику УГВ на орошаемых зешшх, относятся: величина инфильтра-ционного питания подземных зод - И , гидрофизические параметры ненасыщенной зоны (коэффициент влагопроводности (С(в) . и обобщенная гидрофизическая характеристика - (ОГХ), фильтрационные (коэффициент фильтрация - К? и водопроводимостьТ7 ) и емкостные характеристики насыщенной зоны и т.п. Каядый из перечисленных параметров имеет различную природу - либо он отражает физические свойства среды (например, >%, ), либо носит модельный характер (например, недостаток насыщения или коэффициент водоотдачи ).

Б зависимости от целевого назначения прогноза воздействие различных элементов модели процесса и расчетной схемы прогнозиро- • вания на'выходную функцию будет носить различный характер. Любые динамические системы, к которым относятся и объекты прогнозирования гидродинамического резина подземных вод, могут рассматриваться как системы-типа " ¿приё-осЛриб ", увязывающие входные параметры и выходные характеристики исследуемой системы.

Наиболее современным инструментом анализа и количественной оценки поведения подобных динамических систем, позволяющим исследовать влияние входных данных, их неопределенности, ошибок определения, моделей осреднения и т.п. на выходную функция, явля- . ется теория и методы анализа чувствительности (И.К.Гавич, 1972; В.А.Ыироненко, В.Й.Шестаков, , 1978;е.втххс/бэа , 1980,

л.Огс«Ы , 1980;КабаВа , 1988 и др.).

Л числу базовых представлений теория чувствительности следует отнести понятие элементарной •чувствительности, имеющей вид ■

. (5Л)

и функциональной чувствительности

Ур&))/&р > (5.2)

где и 3~{хЛ,р(х)) ~ соответственно выходная скалярная и непре-

рыЕная функция; Р - входные характеристики системы. Отличие двух видов чувствительностей отчетливо просматривается при исследовании непрерывных динамических систем Р(х,*,рГх,у)н их дискретных аппроксимаций функций-^,р) , определяемых-в узлах X;

Автором предлагается выделять три класса систем, для которых методика оценки чуствктельностей имеет принципиальные отличия:

а. стационарная линейная модель - одномерная или плановая стационарная фильтрация в кусочно-однородной области;

б. нестационарная линейная и нелинейная модели - одномерная или плановая нестационарная фильтрация в кусочно-однородной области;

в. нестационарная нелинейная модель - одномерный нестационарный влагоперенос.

а. В данном случае оценка коэффициентов чувствительности системы (конкретной краевой задачи) сводится к вычислению произ-еодных вида _

ЯЛ ,6Т . Ь^йЪ^УЬЛЪ) .

' (5.3)

где •¿V-- значения уровней подземных вод в с-той скважине, ■ (/V- число наблюдательных точек заУГВ); "7) - вели-

чина проводимости е у -ой однородной области,/У (М - число однородных по проводимости зон); - единичный / -ый фактор. .Значенияопределяются путем решения основного уравнения типа Пуассона.

Таким образом, "раскачивая" каждый из "К" параметров для сеточных узлов с известными значениями И.. , можно получить обобщенную оценку чувствительности системы в виде матрицы чувствительностей, или якобиана размерностью М*N, элементы которого вычисляются как соответствующие коэффициенты ■ Для рассматриваемых гидродинамических систем автором разработан метод 'вычисления функций чувствительности йк- , основанный на представлении их в виде регрессионного уравнения первого или второго порядка относительно входящих в систему параметров и факторов (во- -допроводимость, коэффициент фильтрации к т.п.) с независимыми коэффициентами 4у при каждом из них. Для этой цели выполняется серия расчетов исходного дифференциального уравнения по схеме . полного факторного эксперимента (ПФЭ) в соответствии с ортогональной матрицей ПЭ. Для получения регрессионной модели второго порядка необходимо проведение А-з числа опытое ( где п - число

варьируемых факторов, 3 - число уровней варьирования каждого из факторов); тогда полученное для с -той точки модели регрессионное уравнение вида ы м

даст возможность ранжировать каждый фактор.по степени е^о влияния • на выходную прогнозируемую функцию, т.кь удвоенные коэффициенты . уравнения регрессии (5.4).25=£; являются весовыми коэффициентами для соответствующего фактора. Применение указанных методов представляется весьма перспективным при оценке влияния ошибок и неопределенности в исходных данных на прогнозируемую величину выходной функции или определении необходимого объема входной информации для достижения заданной точности прогноза.

б. Анализ чувствительности для нестационарной линейной (или квазилинейной) модели типа (4.1). Для определенного круга задач - 1 радиальной, плоскопараллельной фильтрации в однородной среде и других подобных случаев может быть получено аналитическое выражение функциональной чувствительности. Например, коэффициент чувствительности величины понижения уровня.подземных вод«? по отно-, шению к емкостной характеристике водоносного пластадля случая огаетной откачки из скважины с дебитом <3 определяется по зависимости Ш.К.Гавич," 1930; <?. мсхннее, 1980):

£ = Ы/д/, = -в/^гуи ^Рб^ш) ' (5.5)

где Я* - водопрозодимость пласта; т - расстояние от наблюдательной скважины до центральной; г? - время.

Анализ (5.5) показывает, чтодля характерных расстояний существенно меняется во времени; последнее необходимо учитывать при постановке и интерпретации результатов опытно-фильтра- . ционных работ.

В общем случае анализ чувствительности сводится к вычислению элементарных чувствительностей вида для характерных точек сеточной области и для дискретных временных слоев.

в. Существенно более сложным оказывается анализ чувствительности нестационарных нелинейных моделей, в частности, моделей одномерного вдагопереноса•типа уравнения Ричардса типа (4.1).

Анализ чувствительности этих моделей налет быть выполнен только на основе вычисления коэффициентов элементарных чувстви-тельностей вида (например, с/в/ЫК(е) (5.6)

при условии пространственно-временной дискретизации модели и линеаризации соотношения (5.6) в £ -окрестности, с -ой точки области. При этом используется та Ее сеточная аппроксимация - и для уравнения чувствительности и" для исходного уравнения влагопере-' носа (4.1), причем обе задачи должны решаться совместно. Последовательно вычисляя величину объемной влажности в? и соответствующее значение коэффициента чувствительности для г -той точки профиля на*-ом слое по времени,можно переходить к вычислению значений &**' и на " слое по времени, удерживая при этом указанные значения с предцдущих двух временных слоев.

Несмотря на достаточно высокую эффективность применения аппарата теории чувствительности при анализе исходной информации, основным условием достоверности прогнозных расчетов является точность лабораторных, полевых, расчетных и других методов определения исходных гидрофизических, гидрогеологических и других параметров и показателей, являющихся базовой информацией для прогнозных моделей детального, локального и регионального уровней. В связи с этим в работе подробно рассматриваются различные методы определения:

а), гидрофизических параметров зоны неполного насыщения;

б) фильтрационных и емкостных параметров насыщенной зоны;

в) инфильтрационного питания подземных вод, преимущественно для детальных моделей-и-методы генерализации-подученных данных при построении соответствующих параметрических полей для локальных и региональных моделей.

а.'. Большинство лабораторных и полевых методов определения параметров влаголереноса, анализ которых дан в работах Н.Ф.Боцца-ренхо, А.Ш.Глобуса, Н.Н.Муромцева, И.Й.Судшцына, А.Б.Ситникова, А.А.Роде, Б.А.Файбишешсо и др., основаны на извлечении воды из Насыщаемого - образца цутем создания положительного или отрицательного давления, в частности, методы капилляриметрш, тензометрии, :центрофугирсвания и т.п. Наиболее рациональным из перечисленных методов представляется метод капилляриметрш, с одной стороны, обеспечивающей в лабораторных: условиях наиболее адекватное протекание процессов влагопереноса в полевых условиях, а,- с. другой стороны --массовое опробование разнородных в литологаческом отношении почв и пород зоны аэрации. С этой целью был выполнен комплекс лабораторных определений коэффициента влагопроводности

и основной гидрофизической характеристики Р(в) (ОГХ) для различных в литологическом отношении почвогрунтов - супесей, суглинков и глин, развитых на территории Карабахского регионального 'воднобалансового участка (Д.А.Ланукьян, В.М.Яшин, Г.А.Майылов, 1990; П.А.Абдуллаев, Д.А.Ыацукьян, 1990). Исследования проводились на калилляриметрах различной конструкции - типа Секера (конструкции ВНИИГиМ) и типа Корнева (конструкции БСЕГИНГЕО), позволившие исключить возмодные систематические ошибки экспериментов, а таюке установить конструктивные особенности и преимущества каждого из них. В частности, капилляриметр конструкции БСЕГИНГЕО (В.В.Бадов, А.А.Киселев) позволяет определить^) и ОГХ на одном и том же образце, а такяе определять ОГХ по ветви увлажнения.

Однако массовое определение параметров влагопереноса на ка-пилляриметрах представляет значительные трудности, поэтому при проведении расчетов водно-солевого реаима в проектах мелиоративных систем на основе подученных лабораторным путец характеристик наиболее перспективным представляется установление функциональных связей меяду литодогическим составом пород зоны аэрации, их ■ водно-физическиылхарактеристикаьЕа и рассматриваемыми параметрами влагопереноса. Такой подход дает возможность рассчитывать значения К (в) и ОГХ-на основе моделей ЭДуалема {¥-тиа£ет , 1985) или • Бердина {Н-ВюЫсле , 1953); в частности в первой модели

. где <5 - коэффициент фильтрации; ) ■ £ _ па-

раметр взаимосвязности порового пространства {ротв-соппеа&г&ураю-; ¿(её) и /О) - специальные .функции. Ван Генухтен (Уап &елис/п!еп. , 1991) предлагает достаточно гладкую функцию, увя- ■ зываищую величину и напора почвенной влаги »4. ■ , а именно: Ql,= f¡Cf^6<Jí)nJ'n , где <¿-,17 и п- - эмпирические коэффициенты, отражающие форму кривой водоудесзивания.

б. Аналогичным способом - от точечных определений параметров к построению соответствующих полей на локальном и региональном уровне долзно.формироваться информационное обеспечение прогнозов динамических функций зоны полного насыщения. Наиболее информативным методом исследования водовмещающих пород яеляются ' опытно-фильтрационные работы (ОЕР), интерпретации результатов которых посвящены ыногочисленшзз исследования Б.В.Боревского, В.А.

Ыироненко, K.G.Пааковского, В.М.Шестакова, Л.С.Язвша и др.

Из всего многообразия гидрогеологических условий орошаемых земель, (напорный пласт, безнапорный пласт, двухслойный пласт, двухпластовая система и т.п.) представляется возможным выделить типовые геофильтрационные схемы, пользующиеся наибольшим распространением, а именно: двухслойная геофильтрационная схема и схема безнапорного пласта.

Ери идентификации системы двухслойного пласта с целью оценки фильтрационных и емкостных • параметров основного водоносного горизонта и покровного пласта рекомендуется проводить кустовую откачку с постоянным дебитом Q . В этом случае понижение в основном горизонте S„ и в покровном слое $„ описываются уравнениями для радиального потока:

Т/г d¡&z(tO&hJqz)=-/>•*ós/atf-/Jd5n/dt (5.8)

JJdSn/dé-£nJninCSM-Sr,), (5.9)

где Т и ¿i* - водопроЕодимость и упругая водоотдача основного горизонта; и Jf - коэффициент фильтрации, мощность и гра-

витационная водоотдача покровного пласта соответственно.

Строгое решение системы (5.8) и (5.9) имеет вид (Д.Болтон, 1963): S^O/jfJT

. ...

где ¿ с^/л^^/^/Ш^в; '

Я{0^,2,1) - специальная функция, протабулированная автором для широкого круга переменных.

Последовательность оценки гидрогеологических параметров двухслойной среды включает в себя определение водопроводмости и упругой водоотдачи, затем определение параметра перетекания В rio первым двум - нестационарному и ложностационарному - периодам. Далее проводится определение гравитационной водоотдачи./' ' с помощью' эталонных кривых 2, , построенных для определенных значений z в виде серий для набора значений (6,5; 10; 20; 34; 100) по Ш периоду нестационарной фильтрации в гравитационном режиме. Совмещение натурной кривой Екда с одной из эталонных кривых при известном значении z дает возможность определить величину^ с достаточной степенью точности (рис.1).

Рис. I Эталонны-е кривые вида м(5, г/з ' для различных значений ^ -

Наличие строгого решения дает возможность для широкого внедрения численно-аналитических методов, идентификации параметров для указанных фильтрационных схем.

Важным этапом формирования расчетных схем прогнозирования ■ ЗГГВ локального и регионального уровня является построение полей гидрогеологических параметров на основе точечных значений опробования. При этом должна быть сформул1фозана геологическая гипотеза формирования флювиальных отложений как основы пространственной изменчивости фильтрационных характеристик, связанной с дифференциацией осадков во взвесенесущих потоках под влиянием гравитационного поля и гвдродинашгаеских факторов (С.Ш.Аверьянов, 1955; В.ё.Жабин, 1982; Д.А.Ыацукьян, В.Ф.Жабин, 1986).

Наиболее эффективным и учитывающим статистическую структуру моделируемого поля параметров является метод модельных автокор-1 реляционных функций (Г.К.Бсндарик, С.П.Сидоркина), который впервые был реализован при построении полей гидрогеологических параметров для прогнозирования УГВ на орошаемых землях Комсомольской оросительной системы (И.Г.Бондарик, Д.А.Нанукьян, 1989).

Геолого-гидрогеологическая гипотеза об изменчивости гидрогеологических характеристик необходима также при построении локальных и региональных полей параметров при использовании фор-мально-матем&тических методов и, в частности, на основе решения обратных задач. В соответствии с классификацией£.Меатоа'!. различаются "прямые* \direoi ) и "непрямые" (¿к/гуесг? ) методы их решения, причем первые предполагают непосредственное определение искомых параметров из конечно-разностных или интегральных аналогов исходных уравнений фильтрации на основе известного распределения уровнейЧнапоров) ^подземных вод. 'Бторая группа методов основана на подборе одного или нескольких параметров, когда итерационная процедура подбора направлена на улучшение выбранного 1фитерия оптимизации до тех пор, пока модельные значения функций в расчетных точках не становятся достаточно близкими к соответствующим реальным -'значениям.

В рамках первой группы методов (те^Ьос! ) автором была решена задача идентификации проводимостей планово-неоднородных водоносных горизонтов методов характеристик (совместно с А. 1.Фельдманом). Суть метода состоит в переходе от уравнения плановой стационарной фильтрации к обыкновенному дифференциаль-

ному уравнению относительно искомой функции проводимостей

А дт/дх - В дТ/ву=-£аф,у)/П[*фЪ (5. И)

где " А = дя/с)Х} В=*дН/ду; О^И/дх'+дЪ/д^ /остальные обозначения прежние. ' .

После параметризации уравнения (5.11) мы получаем уравнение линий тока, задающих, направление, вдоль которого определяются значения проводимостей. Для построения поля потока (гвдродинаыи-ческой сетки) были использованы методы нелинейной интерполяции уровней ГЗ в наблюдательных скважинах с помощью аппроксимирующих полиномов. Расчеты проводимостей вдоль линий тока, проходящих через точки с известными значениями параметров, выполнялись с помощью модифицированного метода Рунге-Кутта.

В диссертации приводится пример расчета проводимостей'планово-неоднородного аллювиального водоносного горизонта, развитого в долине р.йнсар Шордовия), выполненного с помощью метода характеристик.

В ранках Еторой группы - "непрямых" методов решения обратных задач гзофияьтрацки автором были' рассмотрены задачи идентификации гвдрогеологичесхлх объектов, которые в отличии от решаемых •в теории- управления проблем, реализуются при ограниченном объеме исходной информации и неизвестной заранее структуре объекта.. В качестве целевой функции, определяющей качество процедуры подбора, использовался критерий:

ФСк) = £ С'\~ о. = /пса , (5.12)

где А- • и /г,- - значения УГВ в / -ой наблюдательной скважине и в соответствующей точке модели; ¿У- - весовые коэффициенты, отражающие наличие а плотность исходной информации; Ы - число наблюдательных скважин.

Более предпочтительным, однако, представляется критерий, исходящий из минимальной величины невязки баланса потока -ф(<э)= X » гДе Я - число точек, в которых известны рас-

ходы источников, скважин или величины подземного стока <?

Отличительной чертой данного класса задач геофильтрации, • также как и для обратных задач' математической физики, является их некорректность. По Адамару, а позднее с уточнением А.Н.Тихонова, это означает, что для любых задач,-имеющих множество решений, требуется доказательство существования и единственности решения, а таюзе устойчивости его по отношению к малым изменениям

входных данных. С учетом указанных особенностей автором в работе рассмотрен градиентный метод решения задачи по определению коэффициентов водопроводиыости для модели плановой стационарной фильтрации, реализованный с помощью алгоритма МОШНУ 7ещ,8.Неитап , 1986). В качестве альтернативного метода автором разработана технология решения обратных задач, связанная с нахождением глобального минимума целевой функция Ф{А) методом случайного поиска и использующая для отображения факторного пространства искомых параметров комбинаторные планы типа латинского квадрата (метод ¿8 ). Сравнение метода молтмт, реализованного на, основе базовой программы мониоИ {пакетнютом-мгтдщУ ) с методом (пакет мазпспУ-Ы ), показало, что последний не

зависит от начальных значений искомых параметров; позволяет учесть в процедуре перебора априорную информацию и более восприимчив к интуитивным и эмпирическим оценкам; позволяет оценить рациональное значение целевой функции, при котором дальнейшее уточнение искомых параметров теряет физический смысл. Сравнение методов выполнено на основ тестового примера из руководства по мошну и реального объекта, расположенного в пределах долины р. Инсар (г.Снранск, Мордовия).

Глава 6. Методология прогноз1фования режима • " подземных вод на орошаемых землях • - - -

методология-любого научного исследования представляет собой учение та: систеад принципов и представлений о структуре, логической организации, методах и средствах, направленных на решение определенных задач. Методология прогнозирования ренима подземных вод на орошаемых землях включает в себя систему принципов и методов, объединенных одной целью - получение достоверных оценок состояния объекта прогнозирования на определенный момент .в будущем. С учетом определенных целей и задач прогнозирования, отражающих пространственно-временную структуру и особенности (закономерности) функционирования природно-мелиоратив-ных объектов, процедура прогнозирования в общем случае включает в себя комплекс эвристических, логических и формально-математически операций и основывается на целом ряде принципов. Основными из них являются:

- природно-генетический, предполагающий типизацию природных объектов, в рамках которых опредэляются пределы их устойчи-

вости и соответствующие им экологические ограничения на различные виды водохозяйственной деятельности, а также обоснование геолого-гидрогеологической гипотезы (модели) ПМО прогнозирования;

■ - экологический, необходимый для оценки допустимых уровней нарушения количественных и,качественных характеристик балансов вещества в границах природных объектов различного иерархического уровня;

- модельный,' включающий в себя этап гидрогеологической, гео-фхльтрационнай и вычислительной схематизации природных и ирригационных особенностей ШО; выбора математических моделей процессов и природной среды различного типа - детерминированных, вероятностных или смешанных, а также их совершенствования и разработки новых моделей; построение расчетных схем объектов прогнозирования (Ш);

- информационный, направленный на создание специализирован- * ной, проблемно-ориентированной базы данных для целей..прогнозов, характеризующейся определенным объемом и необходимым качеством;

- вычислительный, связанный с выбором метода и процедурой выполнения имитационного моделирования гидродинамических процессов, учитывающих случайную природу и неопределенность исходной информации;

- деятельностно-технодогический, позволяющий в расчётных моделях СП учесть технический и технологический уровень инженерных элементов мелиоративных систем (КПД оросительной сети, техники полива и т.п.), а также наметить рациональные пути их совершенствования.

Природно-генетические, экологические, модельные и информационные проблемы-прогнозирования режима подземных вод на орошаемых землях были рассмотрены в предъдущих разделах , автореферата; в данном разделе основное внимание уделяется следующим вопросам:

а. пространственно-временная структуризация ШО прогнозирования;

б. принципы схематизации объектов прогнозирования и оценка ее достоверности;

в. методы имитационного моделирования, связанные с вероятностной оценкой развития гидродинамических процессов на орошаемых-землях.

а. Многообразие форм проявления режима подземных вод на орошаемых землях и, в частности, масштабы и интенсивность гидродинамических процессов определяют сложную пространственно-временную структуру 1Ш0 и соответствующую классификационную схему целевых гидродинамических прогнозов. Проблеме классификации последних посвящены работы В.А.Барона, Й.К.Гавйч, Д.М.Каца, Й.С.Панковского, В.Г.Саыойленко, А.Ы.Со^фера, Н.Н.Ходйибаева, В.М.13ес-такова и др., использующих в основном такие предпосылки качественного характера, как естественно-исторические особенности развития мелиорируемых земель, назначение и структура гидромелиоративных систем, стадии проектирования и т.п. Более рациональной представляется классификационная схема, сочетающая б себе, как качественные, так и количественные признаки в соответствии с пространственно-временной структурой Ш.

Верхние таксоны классификационной схемы связаны с естественно-историческими особенностями орошаемых земель и подразделяются на типы гидродинамических прогнозов: на новоорошаемых и староорошаемых землях. В рамках указанных типов вьделяются две группы прогнозов - проектные и эксплуатационные; проектные прог- -нозк выполняются для выбора оптимальных с точки зрения экологических ограничений вариантов проектных решений гидромелиоративных систем, их рационального размещения в пределах геоморфологических'структур и т.п.; эксплуатационные Прогнозы выполняются на новоорошаемых землях, носят коррект^овочный характер, и являются важной составной частью проектов реконструкции мелиоративных систем.

Дальнейшая классиймкация гидродинамических прогнозов связана с количественными характеристиками элементов просгранственно-Ереиенной структуры объектов прогнозирования, определяющими целевое назначение прогнозов на каждом иерархическом уровне, границы природных объектов прогноза, ведущие мелиоративные факторы, математические модели прогнозируемых процессов и т.п. (табл.).

Соответствие пространственных и временных характеристик Ш (детальный уровень —- оперативный прогноз, локальный уровень -»-среднесрочный прогноз и т.п.) определяется из условий теории подобия; однако в 10-15& оно может нарушаться: например, когда в пределах орошаемого поля необходимо оценить среднемноголетнюю величину инфильтрациошого питания.

Таблица

ПРОСТРМЮТШШ-ЬРШЕШАЯ СТРУКТУРА ПРИРОДНО-МЕЛИОРАТШНЫХ ОБЪЕКТОВ И ПРОГНОЗИРУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГВДРОДИНАШЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

& s о я о ф О cq 1 ( о ® М щ и Оперативный (сезонный до I года) Среднесрочный И - 5 лет ) Долгосрочный ( 5 -25 лет) Управляющие мелиор. воздействия • Морфологическая характеристика Математичес-ыодель процесса

Режим влажности в породах зоны аэрации Динамика фронта примачивания Среднекнсго--летняя величина ицфиль-трациошого ' питания , Величина поливной и оросительной нормы, режимы орошения (на орошаемом поле, участке) Микро- и мезорельеф (гор. разм.10-100 м, верт. 1-30) Одномерный, нестацион. влагоперенос о учетом испарения и . транспирации

[ Локальный | уровень i Динамика влажности в характера морфологических и диалогических условиях Средняя величина инфильтр. питания (фильт. потери на орош. полях и потери из орос.сети). Скорость подъем« емаУГВ Сроки подъема УГВ до допустимых гдубин . КПД оросит.сети, КПД техники полива, сред-немног.величины оросит.нормы( (мелиоративная система) Морфологический элемент (терраса, конуса выноса и т.д.)' Пространственное движение влаги и воды в не-нас. и насыщ зонах

'Регкональ-1ный уровень Динамика режи-мообразующих факторов иод-земных вод Площади подтопления земель на орош. и при-] легащих тер-т риториях Пространственное размещение мелиорат. си-■стем, общая величина мелиоративной нагрузки Морфологическая структура (долины рек П и Ш порядка, межгорные впадины и т.д. ) Плановая нестационарная фильтрация в многослойных неоднородных толщах

Речной бассейн I порядка Динамика поверхностного и подземного стока Водозабор по-иерхл.и подо, вод, возврати, воды, коллек-торно-дренаж-ный сток Суммарное воэдейст-' сие мелиоративной и водохозяйственной деятельности Речные бассейны рр. Волги, Дона, Днепра Водохозяйственные и водно балансовые расчеты (поверх, и подз. вод)

б. Особенности схематизации природно-мелиоративных условий объектов прогнозирования и оценка ее достоверности.

Процедура перехода от реальных природно-мелиоративных условий Ш к расчетным' схема).; для выполнения количественных-прогнозов включает в себя этапы гидрогеологической, геофильтрационной схематизации.

Гидрогеологическая схематизация, представляющая собой этап построения геолого-гидрогеологической гипотезы (модели) 'объекта прогнозирования, в значительной степени является эвристической процедурой, эффективность, которой зависит от информационной насыщенности и интуиции исследователя. При формировании геолого-гидрогеологических моделей СП в границах типовой гидрогеосистемы соответствующего иерархическогр уровня необходимо использовать весь объем фактографической информации качественного и количественного характера, отражающей наличие и условия залегания основных водоносных горизонтов и комплексов, их геометрических характеристик в плане к в разрезе, гвдравлические особенности, условия питания и разгрузки, наличие и глубину залегания регионального водоупора. . ..

Гидродинамическая (геофилмрацианная) схематизация необходима для формирования количественной модели прогнозирования с учетом детальности, рассматриваемого объекта. В качестве приори-, тетной рассматривается информация, необходимая для обоснования математической модели процесса и учитывающая гидравлический (безнапорный, субнапорный, напорный) характер и пространственную (одномерную, профильную, плановую, трехмерную) структуру фильтрационного потока, начальные и граничные услоеия модели и их количественные оценки. Существенную роль играют мелиоративные факторы, определяющие в контуре или на границах модели условия питания и разгрузки подземных (грунтовых вод), а именно: магистральные каналы, межхозяйственная и внутрихозяйственная сеть, контуры орошаемых площадей и их КПД, величины поливных и оросительных норм и т.п. Наряду с моделью процесса формируется и модель среды, включающая как точечные значения гидрофизических и гидродинамических параметров (при детальных прогнозах), так и их пространственную изменчивость при построении соответствующих параметрических полей.

С мелиоративной направленностью геофильтрационной схематизации связаны методы ввделения типовых в литологическом отноше-

нии схем строения ненасыщенной толщи пород зоны аэрации и выбор методов осреднения естественных и антропогенных условий питания на границе модели и задания источников-стоков внутри ее; неод-. породно-слоистых анизотропных водовмещающих толщ, определяющую наряду с внутренними границами (каналы, оросители, дрены и т.п.) и источниками-стоками пространственную структуру движения влаги и воды в насыщенно-ненасыщенных средах.

Важным приемом схематизации ШО регионального уровня, позволяющим адекватно отразить в расчетной схеме источники возцу-щэния с пространственной структурой, является метод фрагменти-рования, метод фильтрационных сопротивлений и т.п.

Одним из основных этапов схематизации гидрогеологических условий ПМО всех иерархических уровней является составление карт гидро- или пьезоизогипс, а также карт поверхности земли. Для их построения предлагается использовать модель, реализующую уравне- , ние Лапласа (Д.А.Нанукьян, 1968) и позволяющую учесть - в отличии от обычно применяемой 'линейной интерполяции между двумя точками - взаимовлияние всех точек друг на друга. Такой подход обеспечивает выявление экстремальных точек депресснонной поверхности УГБ, поверхности рельефа к, соответственно, их кривизны, т.е. Еыгнутых и вогнутых элементов. Последние обнаруживают силь-•ную линейную .корреляцию (0,9) с величиной инфильтрации воды в почву и ее влажностью ( Sinai, е£а£ , 1981). В сеоэ очередь это влияет на урожай сельхозкультур, например, урожай пшеницы вогнутых участков рельефа в '4-5 раз вше, чем на выпуклых.

Вычислительная схематизация является завершающей стадией построения расчетной модели; выполняемые при этом упрощения связаны с разрешающей способностью существующих методов гидродинамических расчетов - натурного подобия, балансовых, статистичес- '. ких методов, аналогового моделирования и численных методов. Особо следует отметить важную роль аналогового моделирования, широко используемого в 60-80-ые годы при выполнении прогнозов гидродинамического режима подземных вод на мелиорируемых землях, при создании постоянно-действующих моделей MC и т.п. (И.К.Га-вкч, Н.И.Дружинин, И.С.Панковский, *В.М.Шестаяов и др.). Однако, в настоящее время наиболее эффективным методом решения, задач ,. гидродинамического прогнозирования представляются численные конечно-разностные методы, ориентированные на нестационарные модели линейного и нелинейного типа в классе . кусочно-постоянных

коэффициентов ври наличии особых точек внутри области и т.п.

Следует подчеркнуть, что ошибки реиения, связанные с упрощениями при переходе от реальных условий к расчетной схеме, могут в несколько раз превышать погрешности вычислений.:

Для оценки достоверности выполненной схематизации пр!фодных и ирригационно-хозяйственных факторов разработана методика построения статистической модели объекта прогнозирования в виде регрессионного уравнения первого или более высокого порядка, описывающего связь между прогнозным УГВ-аЩ^у) и релимообразующими факторами. Предлагаемый подход н исследованию ыногофакторных гидрогеологических моделей использует рекомендации теории планирования экспериментов (ШЭ), математические основы которой разработаны зарубеаныш и советскими учеными Р.З&иерок, Г.Боксом, Д. Кифером, В.П..Адлером, Ю.В.Грановским, Г.К.Кругов, Е.В.Марковой, В.Б.НалимоЕым, В.В.Федоровым и др. Первыми работами по применению методов ШЭ в гидрогеологических расчетах явились работы Г.Ц. Тумаркина, Д.А.Мацукьяна, К.К.Гавич, В.В.Кожетева и др.

Процедура построения статистической модели объекта прогнозирования включает в себя этапы.априорного анализа данных, планирования и реализации эксперимента: и интерпретации результатов, которые предполагают, соответственно, определение набора действующих факторов и оценку их основных и крайних уровней; выбор планов факторных экспериментов, позволяющих подучить-либо линейные приближения функции связи (на основе Д-оптиь:альных планов), либо в случае их неадекватности - переходить к модели 2ОГО порядка с помощью ортогональных центральных композиционных плэное.

Подученные в результате активного эксперимента данные позволяют рассчитать коэффициенты регрессионного уравнения и построить ■статистическую модель Ш вида (5.4). Например, для двух расчетных схем, представляющих собой двухпластовую систему с выдерганным раздельным пластом (I) и с литологическиыи окнами (П}; соответствующие уравнения связи между УГВ - л и действующими факторами (при известном диапазоне изменения каждого) будут иметь ввд:

<4 ^С", 22 0,6бН~0,2д -0) ¿/К,-О О! ^ А

йИ1 +ор2±? (е.в)

(Д.А.Ыадукьян, О.В.Галактионова, 1979).

- 55 -

Анализ ( 6.1) и (6.2) показывает, что для I схемы ведущими факторами являются инфильтрационяое питание И и верхнего Еидоносшги горизонта; инфильтрационное питание М и *?> нижнего горизонта - для второй. Полученные независимые друг от друга коэффициенты в уравнении регрессии имеют силу весовых коэффициентов и сравнительной значимости факторов, что позволяет оценить достоверность выполненной схематизации при построении расчетной модели, детальность учета ведущих факторов и потребность в дополнительной информации.

в. Принципы вероятностного прогнозирования гидродинамических процессов. Существующие в настоящее время принципы и методы прогнозирования как гидродинамических, так и любых других при-родно-мелиоративных процессов на орошаемых землях ориентированы на получение однозначных, детерминированных оценок состояния объекта прогнозирования. В то же время среди элементов расчетной схемы лишь математическая модель процесса, представляющая собой, как прагило, дифференциальное уравнение ( или систему уравнений) в частных производных имеет детерминированный характер. Остальные же элементы - граничные условия краевой гидродинамической задачи и показатели природной среды в общей постановке нисят случайный характер и содержат неопределенность.

где - - действительное значение прогнозируемой функции

на момент времени ¿+лИ ; /¡а,!) - детерминированная основа прогнозируемого процесса ^¿¿а!}- прогзоа^сделаиый по лан-;яын наблюдений зш процессов.до момента а - параметры . Рис,„Донятив "точность прогноза"1Г его ошибки 6

В качестве эффективного пути решения данной задачи разработаны принципы имитационного моделирования, опирающиеся на концептуальную вероятностную модель объекта прогнозирования и методику многовариантных имитационных-расчетов для получения количественной вероятностной, оценки прогнозируемой величины УГВ в виде математического ожидания и дисперсии. Таким образом, технология имитационного моделирования сводится к проведению статистического эксперимента на основе модели объекта, входные характеристики которого являются вероятностными, а операции по их формированию и реализации заключаются в выработке и преобразовании массивов случайных чисел. В качестве исходной совокупности случайных чисел для воспроизведения элементов расчетной схемы любой природы может использоваться совокупность равномерно распределенных чисел (Д.А.Манукьян, И.Г.Бондарик, 1991).

В изложенной постановке под точностью количественного прогноза следует понимать размеры области (рис. 2), в которую с заданной вероятностью попадает точечное значение прогнозируемой функции; существенной характеристикой точности прогноза становятся размеры доверительной области, равные двух- или трехсиг-мовому интервалу.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛШЕНИЕ

В результате выполненных автором исследований разработаны основные экологические принципы и методология прогнозирования. гидродинамического режима подземных вод на ирошаемых и прилегающих к ним землях, обеспечивающие сравнительную достоверность прогнозных расчетов и обоснованность принимаемых решений при осуществлении водохозяйственной и мелиоративной деятельности. Проведение подобных обобщений и разработок связано с необходимостью эффективного управления природно-мелиоративными и природ-но-водохозяйственными объектами различного иерархического уровня с. целью сохранения устойчивости природной среды и минимизации неблагоприятного экологического воздействия указанной деятельности на гидросферу и другие ее элементы, в частности, сохранения и повышения почвенного плодородия.

Основные научно-методические результаты проведенных автором разработок заключаются в следующем: -

1. В соответствии с иерархией природных объектов разработана методика их типизации для обоснования водохозяйственных и мелиоративных мероприятий, сочетающая принципы природно-мелио-ративного и ландшафтно-эколотического районирования территорий.' Выполнен анализ ограничений и даны,их количественные значения для оценки экологической устойчивости природных объектов раз- -личного иерархического уровня при антропогенном воздействии.

2. Построена пристранственно-временная матрица объектов прогнозирования гидродинамического режима подземных вод, структура которой определяется иерархически/ уровнем природного объекта, целевым характером прогноза, особенностями мелиоративного и водохозяйственного воздействия и другими факторами (табл.).

3. Усовершенствованы существующие математические модели ■ для прогноза гидродинамических процессов и определены рациональные области применения каждой из них: на детальном уровне для целей оперативного прогноза и управления гидродинамическим режимом предлагается использовать модели влагопереноса,.на локальном уровне при проведении среднесрочных прогнозов на территории орошаемых массивов - модели совместного движения воды и влаги в - ненасыщенно-насыщенных условиях и на региональном уровне при долгосрочных прогнозах - традиционные модели планоЕой нестационарной фильтрации.

4. Предложен комплекс эвристических, логических и формально-математических приемов построения геофильтрационных и расчетных гидродинамических схем, содержащих достаточное и необходимое число природных и ирригационни-хозяйственных рекимооб-разувщих факторив. Выбор ведущих факторов и количественная оценка упрощений реальных reoлого-гидрогеологических условий, осуществляемых на стадиях геофильтрационной и вычислительной схематизации, предлагается проводить с пшощыо методов теории чувствительности и теории планирования экспериментов.

5. Дана методика определения основных гидрогеологических параметров и показателей, получаемых из опытных и опытно-фильтрационных работ. Предложены методы оценки пространственной изменчивости и построения полей гидрогеологических параметров с помощью статистических подходов и-на основе решения обратных задач.

6. Для вероятностных оценок прогнозируемых процессов разработана методика имитационного моделирования гидродинамического режима подземных вод на орошаемых и' прилегающих к ним землях, позволяющая учитывать'неопределенность и случайный характер исходной информации о природных и ирригационно-хозяйствен-ных условиях.

7. Показано, что результаты многовариантных гидродинамических прогнозов на орошаемых землях являются одним из элементов эколого-эконошческих моделей по оптимизации орошения, которые по своей информативной значимости при принятии решений по размещению и развитию оросительных мелиораций и выбору объектов реконструкции не уступают исходной информации о природных и хозяйственных условиях.

Практические результаты исследований автора включают в себя:

- оценку влияния орошения на природные условия мелиорируемых земель и выявление закономерностей гидродинамического режима подземных вод, выполненных на основе обобщения большого фактического материала;

- проведение, конкретных прогнозных расчетов на орошаемых массивах Саратовского и Волгоградского Заволжья, Таджикистана и других;

- обоснование мероприятий по защите рр.Припять, Днепр, а также подземных вод от последствий аварии на Чернобыльской АЭС;

- разработку практических рекомендаций по улучшению качества проектов мелиоративных систем и рациональным условиям экс-' плуатации ряда гидромелиоративных и водохозяйственных объектов

е нашей стране и зарубе&ом (Йемен, Сирия, Индия).

Полученные автором теоретические, методические и практические результаты в области прогнозирования гидродинамического режима подземных вод на орошаемых землях могут быть использованы ' и развиты е дальнейших исследованиях при:

- разработке эколого-мелиоративного мониторинга на орошаемых землях;

- совершенствовании теоретических и методических основ оптимизации объемов и видов гидрогеологических изысканий и исследований; ■

- разработке методов имитационного моделирования комплекса пр1фодно-мелиоративных процессов.

По теме диссертации опубликовано более 70 работ общим объемом около 30 авторских листов, из них лично соискателю при- V надлежит 22 авторских листа. Основные из них следующие:

•I,- методика определения гидрогеологических параметров двухслойной среды по данным опытно-фильтрационных работ. // Разведка и охрана недр, 1968, $ 10.

2. Применение математических методов при схематизации гидрогеологических условий. // Бвлл. НОШ, отд. геологии, 1958, КЗ.

3. Определение коэффициента уровнепроЕодности по данным режимных набллдений с помощью ЭЦВМ. // Вестник МГУ, геология, 1969, №4. '

4. Численные методы решения задач миграции -подземных вод. //Тезисы докладов научн. отчетной конф. геофака 1ЯУ, 1970. (в соавторстве).

5. Некоторые особенности методики гидрогеологических рас- , четов на ЭЦВМ. //Сб.НСО Иатематич. методы з геологии, геофак. МГУ, 1970, №7.

6. Определение гидрогеологических параметров по данным режимных наблюдений с помощью ЗЦВ11. //Материалы семинара по применению геофиз. и матем. методов, Ц., 1970, /г 3.

7. Методика расчета производительности водозаборных скважин 'с периодически меняющимся водоотбороы.- //Разведка и охрана недр, И., 1970, }? 6, (в соавторстве).

8. Определение гидрогеологических параметров неоднородного пласта. //В кн. Опытно-фильтрационные работы, Ы., Недра, 1974.

9. Применение ЭЦВМ в гидрогеологических расчетах. //Международные высшие гидролог, курсы ШЕСКО при ЫГУ, Цикл: Динамика подземных вод, 1571.

Ю. Моделирование на сетках с применением интегральных преобразований. //В кн. Моделирование фильтрации подз. вод, М., Недра, 1971.

11. Факторы, определяющие степень взаимосвязи поверхностных и подземных вод в долинах рек. //Сб. Вопросы оценки взаимосвязи поверх, и псдз. вод и качества воды, П., ИГУ, 1972, № 2 (в соавторстве).

12. Прогноз изменения качества подземных вод в условиях ■ влияния крупного водоотбора. //Тезисы У научно-техн.семинара по методике гидрогеол. иссл., НЮ-горное, СвердлоЕск, 1972, (в соавторстве).

13. Особенности миграции подземных вод при крупном в'одоот-боре. //Весткик МГУ, серия геол., 1972, № б, (в соавторстве).

14. Методические особенности постановки и планирования экспериментов. //Сб.Гидрогеолог. и гидрогеохим. иссл. при решении проблемы сброса промстоков, МГУ, 1972; (в соавторстве).

15. Обработка результатов экспериментов. //Сб.. Гидрогеол. ~ и гидрогеохим. иссл. при решении проблемы'сброса промстокоЕ, М, ЦГУ, 1972, (в соавторстве).-

16. Численные методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод. //Сб. Вопросы оценки взаимосвязи поверх, и подз. вод и качества воды, ¡¿., МГУ, 1972, ® 3.

17. Применение ЭШ для прогноза подпора подземных вод в зоне влияния водохранилищ. //Тр.конф. по сибирским водохранилищам, Иркутск., 1972, (в соавторстве).

18. Решение обратных гидрогеологических задач с помощью интегральных преобразований. // Сб. Вопросы оценки взаимосвязи поверх, и подз. вод, Л., МГУ, 1972, М I, (в соавторстве).

19. Определение миграционных параметров для прогноза изменения качества подземных вод при водоотборе. //Разведка и охрана недр, 1973, № 10, (в соавторстве).

20. Прогноз рекима грунтовых вод на орошаемых территориях. /Ар.мездун. гидролог, курсов ШБСЕО при МГУ, 1578.

• 2Г.- Методы решения прямых к обратных задач. //Тр-междунар, гидролог, курсов ШЕСКО при МГУ, 1978.

22. К вопросу о методике определения гидродинамических параметров водоносных отложений в условиях Мугано-Сальянского массива Аз.ССР. //В кн. Мелиорация земель в Азерб.ССР, Ы. , ВНШГиМ, 1987, вып.4,(в соавторстве).

23. ¡¿етсды планирования эксперимента.при анализе гидрогеологических условий и обосновании изысканий. //Сб. Вопросы гид' рогеологии и дренада в Поволкье, и., Б1ШГиМ, 1979, (в соавторстве).

24. Обоснование состава изысканий для сложных мелиоративных объектов методами планирования эксперимента. //С.б.Применение матеи. методов при гидрогеол. обосновании мероприятий по защите горнодоб. предприятий от обводнения, Белгород; 1979, (в. соав-. торстве).

25. Итоги гидрогеологических исследований ВКИИГиМ и основные задачи мелиоративной гидрогеологии в мелиоративной гидрогео-

логш в Поволжье. //Тезисы докл. 1У научно-производ. конф. по проектированию, строительству и эксплуатации оросит, систем в -Поволжье, Волгоград, 1980, (в соавторстве).

... 26. НоЕые. результаты гидрогеологических исследований на территории Цугако-Сальянского массива. //В кн. Тезисы докл. 1У мел-вед. совегц. по мелиор. гидрогеол., инк.геологии и мелир. почвовед,- Регулирование режима подз. еод на мелиорир. землях, 'а., ВНИИГиМ, 1980, (в соавторстве).

27. Прогнозы режима подземных вод на орошаемых территориях. //В кн.Научные основы изучения и охраны подземных вод, ч.1, И., МГУ, 1980. . •

28. Геофильтрационная схематизация Волгоградского Заволжья для решения мелиоративных задач. //Сб.Вопросы орошения в Поволжье. - Тр.ВолжНШГиМ, 1980, (в соавторстве).

29. Оценка гидрохимических условий межгорных впадин для поогноза качества подземных вод при интенсивной кх экспдуата-цки. //Вестник ЮТ, серия геологич:, 1980, !?6, (в соавторстве).

30. Предпосылки к использованию математических моделей для прогноза уровня подземных вод на орошаемых массивах. //В кн. Современные проблемы гидрогеологии ороиаемых земель, ч.2, М., т\ 1981.

31. Применение методов планирования эксперимента в гидрогеологии. //Сб.Тезисы докладов I Всесоюзной гидрогеол. конф., М., ШУ, 1982, (в соавторстве).

32.Теоретические и методические основы оптимизации видов и объемов изысканий для обоснования проектов мелиоративного и водохозяйственного строительства. //Сб.Вопросы обоснования мелиорации и охраны природы, М., ЕНИИГиМ, 1983, (в соавторстве).

33. Определение миграционных параметров по данным опытных работ и режима эксплуатации. //Сб.Вопросы обоснования мелиорации и охраны природы, ¿1., ВНИИГиМ, 1983, (в соавторстве).

' 34. Основные принципы и методика медиоративно-гидрогеоло-гического районирования для целей мелиоративного кадастра. // Тезисы докладов У всесоязн. совещ. по ыелйор. гидрогеологии, шш.геологии и мэлиор. почвовед., ч.1, М., ЕНЙИГиМ, 1984, .(в соавторстве).- - .• .

35.0 моделировании водного и солевого режима осваиваемых территорий при автоматизации проектирования гидромелиоративных систем. // Сб. автоматизация подготовки и управления водохозяйственным строительством, Ы., ВНИИГиМ, 1985. п

36. К методике определения проводимости плановых геофильтрационных потоков. //Водные ресурсы, 1986, И, (в соавторстве).

37. Изучение процессов солепереноса с помощью радиоиндикационных методов. //Сб. Коллекторно-дренаяные системы ъ аридной зоне, М., йВНШГиЫ, 1986, (в соавторстве).

38. Исследование влияния работы коллектора на водный режим в междренье на основе решения трехмерной нестационарной задачи влагопереноса. //Сб. Коллекторно-дренажные системы г аридной зоне, И., БНИИГиМ, 1986, (в соавторстве).

39. Научно-методическое обоснование состава показателей мелиоративного состояния орошаемых сельскохозяйственных угодий. // Сб. Обоснование доцустимых глубин грунтовых вод орошаемых земель, М., ВНИИГиЫ, 1987.

40. Гидрогеологические прогнозы. //Пособие к ВСН 33.2.1.0585. Гидрогеологические и инженерно-геологические изыскания для мелиоративного к водохоз. строительства, Ы., 1987, (в соавторстве).

41. Совершенствование модели прогнозирования водного реклма на мелиорируемых землях. //Сб.Теория и практика мелиорации, М., ЕНИЙГиЙ, 1939, т.75.

42. Проблемы прогнозирования гидрогеологических условий на орошаемых землях. // Тезисы докладов I Всесоюзн. съезда инженер-геологов, гидрогеологов и геокриологов, ч.£, Киев, Каукова думка, 1989.

43. Идентификация модели влагопереноса по полевым данным. // Вестник сельскохозяйственной науки, 1990, И, (е соавторстве).

44. Принципы имитационного моделирования в задачах гидродинамического прогноз1фования. //Изв.высших учебных заведений, Геология и разведка, М.., ЫПРИ, 1991, £4, (в соавторстве).

45. Оптимизация гидрогеолопгческих изысканий на объектах гидромелиорации. //В кн. мелиоративная гидрогеология, МГУ, 1992.

- 4&. Роль фильтрационной анизотропии-грунтов при обосновании параметров горизонтального дренажа. //Эколог, аспекты пркродно-мелиоративных иссл., Тр.ВНИИГиЫ, т.88, 1994, (в соавторстве).

47. Экологические аспекты функционирования природно-мелиора-тивных объектов. //' Эяолог.' асйекты'йр1фодко-ыелиоративных иссл., ^.ВНИИГий, т.68, 1994.

48. Применение моделей равновесной химической термодинамики в задачах гидрогеоэкологии. //Эколог, основы орошаемого ЗЕМле-

делия - материалы всерос. совещания, М, ЕША1ГиМ, 1994.

49. Särjtfßcttiorz oft Ztfa¿ez c/nrj £cr£é rnoTrernení -in ?Ar> Zones of Comp&ís ccncí 7ncompfi}iíi Saturation ■

jr«sí.о/ ir/ze inicznat¿crra€ aesaaiation of Myd2o^eo&>^¿sfs. ^niet- Sympos. of ¿nfez^xabxj £and as? pEannlnc^ and ^toundwaíer. p7ot-ect¿on management

¿a tazqf areas- "Xaréoir^ Z-пту- <£%еоАой£е>ъа&-а, 'ЯЙ*r. .

(

_Подписано к печати /5 I & 139 Уг:-

Озвечатано ва ротапринте в Формат бумага 30x42/4-, Производственном комбинате . Обьен^ ($п,-л. Литературного .фоняа Зак. Гяр. 100

Информация о работе

Манукьян, Давид Ашикович
доктора технических наук
Москва, 1994
ВАК 06.01.02

Автореферат

Похожие работы