Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности изменения и методика определения параметров влагопереноса, инфильтрационного питания на орошаемом массиве в аридной зоне (На примере Тедженского оазиса)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности изменения и методика определения параметров влагопереноса, инфильтрационного питания на орошаемом массиве в аридной зоне (На примере Тедженского оазиса)"

имлчюскпь егшюло&сш ¿JXOQOOU jÔÇ«%QD4TôOnbi Ь^ОбеПбсА ЬОПВДаООО bOdWW)

aosndùdo агетлао олозчпь-аэ

обпэочпоел enwiucooao vasoaai о ьзбоь^пз сплоаэп ьойосозичръ м<ю«ммь ooobenodéflartn-йллоб «^.хгаологм

OOéDAOeCíAOéO /лэъэ«! ов,лэ/ ааочпьо - 1990

Бесплатно

Зам» Ji 2884 Тжреж 100

Типография АН Гру». Тбилиои liid.ÖQü.^jiipoSonl» bJoSb», oüntyibn

- 3 IV 2 9 В'

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ им. С. ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

ХОДЖАМУХАМЕДОВ Баймурад Гельдымурадович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ И МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЛАГОПЕРЕНОСА, ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ НА ОРОШАЕМОМ МАССИВЕ В АРИДНОЙ ЗОНЕ (На примере Тедженского оазиса)

04.00.06. Гидрогеология

Автореферат

диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА—1990

Диссертационная работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте им. С- Орджоникидзе.

Научный руководитель -— доктор геолого-минералогических наук, профессор И. К. Гавич

Официальные оппоненты: доктор гсолого-минералогичес-

Ведущая организация — Южно-Каракумская гидрогео-

Защита диссертации состоится 20 декабря 1990 г. в ауд. в {£°° часов на заседании специализирован-

ного Совета К.063.55.04 по защите диссертаций при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени С. Орджоникидзе по адресу: Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю пэ адре-

су: 117873, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23.

ких наук Н. В. Роговская

кандидат геолого-минералоги ческих наук Д. А. Манукян

логическая экспедиция ТССР

1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералоги-ч е с к их на у к___-—--------------

Д. М. ЧУМАКОВА

цконального использования оросительной воды, установить оптимальные условия режима влаги зоны аэрации Тедкенского оазиса.

Методика исследований. Методическая структура работы включает экспериментальные полевые л лабораторные исследования, которые проводились: методом центрифугирования - в период 1985 - 1988 гг, тензио-мстрпческий метод - б период 1988 - 1989 гг, капилляриметряческий метод - в период 1990 г. Анализ экспериментальных данных выполнялся методом корреляционного и регрессионного анализа с использованием ЭВМ.

Научная новизна тойота. I. Проанализированы и обобщены геолого-гидрогеологическно условия Тедкенского оазиса на основе чего, впервые построена карта водно-солевого рекима Тедгенского оазиса и вы-дологш опытные ключевые участки, по которым проводились исследования процессов влагоперекоса'.

2. Впервые на территории ТССР проведены экспериментальные исследования тензиометричесгаш методом для определения параметров зла-гопореноса.

3. Экспериментально исследованы параметры влагоперекоса тремя независимыми методами на одних и тех ке песчаных и супесчаных породах Тодт.с некого оазиса я установлен наиболее приемлемый метод для исследуемой территории.

4. Впервые для Тедяенского оазиса определены ияфильтрационноа сиганиа методом конечных разностей и условия его применения при наличии многочисленной канально-дренажной сети.

5. Предложена методика организации и проведения исследований влагопереноса методом центрифугирования.

6. Определены возможности регулирования и рационального использования поверхностных вод в Тедженском оазисе.

Практическая ценность. Получены количественные характеристики передвижения влаги в ненасыщенных породах зоны аэрации в аридной зоне различными методами, которые могут быть использованы при прогнозировании гидрогеологических условий под влиянием различных факторов: мелиорации, работы дренажа, водозабора и т.д.

Установлены оптимальные условия режима влажности почвогрунтов исследуемой территории, которые могут быть использованы при установлении рациональных оросительных и промывных норм.

Дана рекомендация определения процесса осушения и насыщения водоносной толщи в природных условиях, который может быть использован при проведении режиыно-балаяссвых исследований производственными гидрогеологическими партиями.

Дана рекомендация рационального использования оросительной во-

( )

I - I -

' ' ОБЩАЯ ШШЕШЛЖк РАБОТЫ

1 Актуальность проблемы. В настоящее время важнейшей задачей сельского хозяйства является повышение эффективности использования орошаемых земель. Проблема оценки и рационального использования водных, ресурсов приобретает особую остроту при обеспечении водой гидромелиоративных объектов. Поэтому, одной из актуальных проблем в гидрогеологии является изучение взаимосвязи атмосферных и поверх-костных вод с подземными водами через зону аэрации. Черзз эту зону происходит массо-энергообмен, знание которого позволит решить многие главнейшие вопросы гидрогеологии, связанные с динамикой влаги в ненасыщенных грунтах, количественной оценки интенсивности влаго-пяреноса и на этой основе в дальнейшем регулировать и рационально использовать подземные и поверхностные воды, что особенно актуально . для аридной зоны.

Пель работы. Выявить возможные пути регулирования и рационального использования оросительной воды и установить оптимальные условия режима влаги в породах зоны аэрации Тедаенского оазиса, позволяющие получать высокий урожай выращиваемых культур и сохранять плодородие почв.

Задачи исследований: I. Изучить и обобщить существующие материалы геолого-гидрогеологических условий Тедженского оазиса и построить карты зоны аэрации, грунтовых вод, водно-солевого разима и разрезы, на основе чего выделить ютачевые участки для исследования процессов влагопереноса.

2. Провести комплексные полевые и лабораторные исследования для оценки параметров влагопереноса и инфнльтрационного питания в аридной зоне с характерными геолого-гидрогеологическими условиями (Тедженская гидрогеологическая структура) в песчаных и супесчаных породах, используя наиболее широко применяемые методы: тенэиометрп-ческий, капилляриметрический, центрифугирования и метод конечных разностей.

3. Установить наиболее приемлемый метод определения параметров ___ влагопереноса и инфильтрацию иного питания грунтовых вод применительно к исследуемой территория.

4. Исследовать закономерности движения влаги в ненасыщенных

песчаных и супесчаных породах аридной зоны различными методами,------_

выявить общие тенденции изменения всасывающего давления и влажности.

5. По полученным результатам (коэффициента влагопереноса и янфильтрационного питания) выявить возможности регулирования и ра-

дн, что монет бить использовано службой эксплуатации оросительных систем Тедкенского оазиса.

Результаты полученные тензиометрическим методом приняты для использования Южно-Каракумской гидрогеологической экспедицией (ТССР).

Основные за^жаемьто поло некая:

1. Наиболее приемлемым методом определения параметров влагопе-реноса и инфильтрационного питания грунтовых вод для Тедкенского оазиса является метод центрифугирования, который даёт возможность организовать кассовые определения п получить параметры злагопереноса и значения инфильтрацконного питания для значительных по площади районов.

2. Оптимальным диапазоном влаги в породах зоны аэрации Тедкенс-кого оазиса является интервал влашости 9 - 19 % от объема, который □ироко Moseï быть использован при решении мелиоративных задач (выбор нормы полива, способа полива, промывки земель и т.д.) и оби« задач гидрогеологии (исследования баланса, изучение влагопароноса, определения икфнльтрационного питания я т.д.).

3. Наличие и оценку процессов осушения и насыщения водоносной толщи рекомендуется определять непосредственно над капиллярной каймой з толще 0,3м.

4. Предлагается комплекс мероприятий и метод организации и проведения исследований влагопереноса методом центрифугирования, который позволяет непосредственно исследовать влагоперенос на любо» участке исследуемой территории, а полученные уравнения регрессии позволяют ретать прогнозные задачи, этот метод широко мог.ат бить использован в аридной зоне. На основе полученных результатов определены возможности регулирования и рационального использования оросительной воды, который монет быть использован хозяйствами исследуемого района.

Апробация работы. Основные положения п материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Туркменского научно-исследовательского института в 1986... 1987 годах, Московского геологоразведочного института в 1983...1989 годах, Республиканском семинаре Юето-Аральской гидрогеологической экспедиции Производственного Объединения Туркменгеология и в Республиканской семинаре Производственного Объединения Туркменгеология в 1990 году, результаты экспериментальных исследований тензпометри-ческим методом были использованы в процессе проведения комплексных иняенерно-геологических исследований в районе г.Апхабада от Безмеи-на до Гями, для обоснования мелиоративного строительства (1989г.).

Основные положения диссертации освещены в шести опубликованных работах.

Объём работы, Диссертация изложена на 150 листах машинного текста, включает 43 рисунков, 32 таблиц и состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 141 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

Диссертация выполнена под руководством доктора геолого-мкне-ралогических наук, профессора И.К.Гавич, которому автор выражает глубокую и искреннюю благодарность. За ценные советы к замечания автор благодарит д.г.-м.н. И.Е.Жернова, к.г.-м.н. В.НЛубарова, к.г,-ы.н. Н.Е.Дзекунова, к.г.-м.н. А.М.Лаврентьева.

Автор признателен зав. кафедрой гидрогеологии МГЕИ В.М.Швецу и сотрудникам этой кафедры, сотрудникам БНИИГиМ к.г.-м.н. Д.А.Ма-нукяну и Е.А.Макарычевой, главному гидрогеологу ПО Туркменгеология к.г.-м.н. А.А.Аванесову, сотрудникам ТуркменНИГРИ к.г.-м.н. С.А.Ама-нову и к.г.-м.н. Н.Д.Мухамедову, а также к.г.-м.н. Б.П.Дорошенко Каракумгипроводхоз за проявленное внимание к работе.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ '

I. Анализ существующих методов экспериментального изучения злаго-переноса и постановка задач исследований.

Изучению движения елэги в зоне аэрации большое внимание в своих работах уделяют С.Ф.Аверьянов, В.В.Бадов, М.М.Батырпин, А.И.Бу-даговский, И.К.Гавич, А.М.Глобуо, Н.Е.Дзекунов, И.Е.Еернов, А.М.Лаврентьев, И.С.Пашковский, Н.В.Роговская, А.Б.Ситников, И.И.Судницин, Б.А.Файбишенко, В.Н.Чубаров и др. Основная часть проведенных исследований посвящена изучению количественного передвижения влаги в зоне аэрации, разработке полевых и экспериментальных методов и определению параметров влагопереноса. В диссертации приведен обзор работ многих исследователей, а также показаны пределы применимости существующих методов определения параметров влагопереноса и их недостатки. Сравнительные эксперименты по определению параметров вла-гоперскоса^различными методами проводили Б.А.Файбишенко и А.М.Лаврентьев. Исследованиям! закономерностей движения ватаги в ненасыщенных почвогрунтах занимаются A.M.Глобус, В.В.Бадов, Н.Е.Дзекунов, И.С. Пашковский, А.Б.Ситников, Б.А.Файбишенко, В.Н.Чубаров и др. В основном они подразделяют зону аэрации на-три области, характеризующиеся каждая своими закономерностями движения влаги. Изучение и анализ существующих методов определения параметров влагопереноса и ияфильтра-цгоняого питания грунтовых вод и применение их на практике показало, что каяднй из методов в отдельности применялись в разных регионах с разными климатическими, гидрогеологическими и гидродинамичес-

кими условиями, что не позволило оценить преимущество какого-либо метода в конкретных условиях одного района. Есё сказанное определило основное задачи экспериментальных исследований, которые бати указаны выше.

2. Природные условия Тедж.енского оазиса как факторы, определяющие инфильтрационное питание и влагоперенос.

По сво1ш природным условиям территория Тедненского оазиса входит в обособленный, крайний северный участок субтропической климатической зоны- Туранскую климатическую провинцию, характеризующуюся сухим климатом, очень теплым летом и мягкой зимой. Исследуемая территория представляет рагнину, плавно понижающуюся к северу от абсолютной отметки 220м до 140м. Осноеным рельефэсбразувдим факто- * ром в районе являлась водная аккумуляция, которая создала плосковыпуклую дельтовую равнину Теджена. Основными источниками ирригационного водоснабжения дельты р.Тедяен являются: р.Теджен, Каракумский и Хаузханский каналы. Отвод поверхностных вод осуществляется основными тремя коллекторами Тедяенский Юго-Западный, Тедкенс-кий Центральный и Кара-Коль. На большей части исследуемой территории развиты автоморфные почвы, сравнительно неболыяую площадь занимают гидроморфкые почвы. В целом физико-географические условия Тедкенского оазиса благоприятствуют круглогодичной эвапотранс-пирацки влаги с поверхности земли и при неглубоком залегании уровня грунтовых вод засолению почвогрунтов.

Учитывая, что мы изучаем различные процессы, протекающие в зоне аэрации и в водонасыщенной зоне до первою от поверхности регионального водоупора, а неогеноЕыэ отлокения на исследуемой территории вскрыты на глубине 200-250м и более, считаются практически водоупорными, геологическое описание Тедкенского оазиса начато с четвертичных отложений. Четвертичные отложения в пределах дельты р.Теджен и на прилегающей территории, залегают на размытой поверхности неогена и представлены крупно- и мелкозернистыми песками, супесями, суглинками и глинами. Выделяются четыре свиты: I) серахс-кую - нижнечетвертичную, 2) инклабскуя - верхнечетвертичную, 3) тед-яенску» - раннесовремеяную и 4) бабадайханскуа - современную.

Субаэральная дельта- Теджена представляет собой комплексное образование, состоящее из четырех элементарных дельт, отличающихся друг от друга площадью распространения, возрастом, диалогическим составом и мощностью слагающих осадков, причем каждая из последующих дельт отлагалась на размытой поверхности более древней, это: I. Серахская, 2. Инклабская, 3. Тедаенская и 4. Бабадайханская.

Оценка региональных гидрогеологических условий сводится к

характеристике современного гидрогеологического процесса в грунтовых водах собственно четвертичных отложений,в пределах которых сформирован региональный поток грунтовых еод, так называемого Каракумского потока. Подчиненные ему потоки младшего порядка локализованы в индивидуальных морфогенеткческих структурах, обрамляющих нижние Каракумы. Одной из таких структур является дельта р.Тедаен, вмещающая самостоятельный Тедженский поток грунтовых вод. Водовмещагощая толща представлена песчаными и глинистыми разностями. В зоне активного воздействия мелиорации подземная гидросфера представлена толщей зоны аэрации и верхней часть» грунтового потока (мощностью 15-20м). Водонасыденная толща представлена преимущественно тонкозернистыми песками, супесями и подчиненными прослоями глин и суглинков. В зоне аэрации на большей части суб-аэральной дельты преимущественно песчаный разрез сохраняется. Рассматривая в целом зону аэрации, следует признать достаточно высокую проницаемость её за счет преимущественного развития песчаных разностей. Региональная динамика засоления в Тедкенском оазисе довольно однозначна, в ней есть свой определенный уровень предельного естественного засоления земель в пустыне, а также свои определенные уровни рассоления и засоления земель от орошения. Водно-физические и физико-механические свойства почво-грунтов в разное время исследовались Б.О.Овезовым, Е.У.Сарбаевым, В.П.Дорошенко и др. Наиболее часто встречающиеся диалогические разности ими выделяются: несвязанные и полусвязанные пески очень мелкозернистые и тонкозернистые, супеси легкие и тяжелые. Ими же проведенная статистическая обработка результатов определения Кф показала,.что значения их при всех состояниях (плотном, рыхлом и естественном) подчиняются нормальному закону распределения и поэтому средние арифметичес-• кие значения дают полное представление о характере распределения данного показателя. Из особенностей механического состава следует отметить хорошую отсортированность отложений. Анализируя данные к'л ого летних наблюдений за режимом грунтовых вод, автором была построена карта водно-солевого режима грунтовых вод по среднегодовым значениям уровня и минерализации ¿грунтовых вод в тенденциях их изменения. Ранее изменения уровня и минерализации ^грунтовых вод в тенденциях его развития рассматривала Н.В.Роговская. Построенная—^ карта показала, что почти вся территория Тедяенского оазиса охвачена техногенным воздействием. 1ишь в северной части исследуемой территории -выделяется зона не затронутая (относительно) техногенным воздействием. В режиме грунтовых вод своеобразную роль играет кол-лекторно-дреяакяая сеть, но в целом водоотЕОДяцая сеть сама по себе

не решает основной мелиоративной задачи. Объективная оценка изменения состояния техногенной структуры может быть обеспечена только тогда, когда прямыми измерениями устанавливаются количественные характеристики и зависимости причинно-следственной связи. Иными словаки должны быть описаны динамика расхода влаги на верхней и нижней границах зоны аэрации.

3. Методика проведения работ. Закономерности изменения параметров влагопереноса.

В данной главе были рассмотрены каиболг-е широко применяемые в настоящее время методы исследования процессов и определения параметров влагопереноса, которые были применены автором для количественного описания движения влаги в ненасыщенных грунтах исследуемой территории, это метод центрифугирования, тензиометрический и капил-ляриметрический.

Методом центрифугирования исследования проводились по 21 ключевым участкам. Исследовались песчаные и супесчаные породы зоны аэрации. Опыты проводились по отобранным образцам с ненарушенной структурой и естественной влажностью в режимах осушения и увлажнения по ступеням разряжения 350, 500, 750, 1000, 1500, 2000 об/мин. Также бшш проведены многочисленные опыты одной ступенью разряве-ния, равной в основном 1000 об/мин (-41 кПа). По многочисленным значениям влажности (9) и коэффициента влагопереноса (Kg) при ступенчатом разряжении были построены кривые в режимах осушения и увлажнения, по которым выделены границы разрыва капилляров и появления свободной воды. В процессе осушения она изменяется от 1С% до 19/5, в процессе увлажнения примерно от 77» до 16% от объема. По всем полученным фактическим мате риалам построены графики изменения уровня грунтовых вод (УГВ), степени и характера засоленности пород зоны аэрации и величины питания. Полученные значения Kg и 9 при одной ступени разряжения были обработаны методом наименьших квадратов и получены уравнения регрессии, в процессе осушения у=0,794.е^'^7*х, в процессе увлажнения у=2,14,е.0* где у - питание, х - влаж-

ность.

Тензиометрическим методом исследования проводились в песчано-супесчаных породах зоны аэрации г.Ашхабгда, которые по грансоставу и водно-физическим свойствам идентичны породам зоны аэрации Тед-женского оазиса. Были Еыбраны два балансовых участка, первый в орошаемой зоне, второй.в зоне городской застройки. Решмно-балансовые участки создавались по рекомендациям А.Б.Ситникова и E.H. Дзекуно-ва. В каждом шурфе бшш установлены по шесть тензиометров прямо-

угольной формы и по два конической формы. Результаты исследований изменения потенциала влаги по разрезу в целом по двум ключевым участкам показали, что изменение потенциала влаги в исследуемых породах зоны аэрации не имеют определенных закономерностей. Всасывающее давление (Р) изменяется в зависимости от полива, атмосферных осадков, колебания температуры воздуха (суточных и сезонных). Исследования зависимости Р(0) показали, что колебания значений этих параметров в основном сочетаются, но также имеют резкие различия по отдельным зондам. Сопоставление значений Р по парным тензиометрам (конической и прямоугольной формы) показали, что Р в конических зондах на -40 -50 кПа превышают значения Р в прямоугольных зондах. Тем самым было установлено, что и в аридной зоне в песчано-супесча-ныл породах подтверждаются рекомендации Л.Б.Ситникова, Н.Е.Дзеку-нова и др. о преимуществе зондов конической формы и малого размера в слабо вланных грунтах. Зависимости Р(0) были обработаны методом наименьших квадратов, для каадой глубины заложения зондов получены уравнения регрессии,, которые имели некоторые отличия друг от друга в зависимости от гранулометрического состава и водно-физических свойств исследуемых пород. Характеризуя.полученные графики зависимостей Р( 6) было отменено, что общей чертой для исследованных пород является незначительные изменения потенциала влаги при высоких процентах влгшюсти и большие изменения при низких значениях влажности, а при увеличении дисперсности пород наблюдается переход к более плавной кривой, также ¿тмечено, что существенную роль.во влатопереносе проявляется-в пределах изменения Р от -15 до -60 кПа. Зависимости К^Р) и 1^(0) также были обработаны методом наименьших квадратов и аппроксимированы в экспоненциальной и логарифмической форме..Исследуя эти зависимости было отмечено, что при Р равном -60 кПа происходит разрыв капилляров, что приводит к резкому снижению Кц, а при Р от -35 до -15 кПа (в зависимости от гранулометрического состава и водно-физических свойств) в породах появляется ——__свободная вода, что в сбою очередь приводит к резкому увеличению Кз« Выделенному интервалу Р соответствует интервал е ст 9 до 19 %. Сравнение вьщеленных!штервалов.по графикам зависимостей Р(6), К^Р) и К^бО показывает четкую связь мезду ними.

Исследование влагопереноса капилляриметрическим методом провода-^ лись на капилляриметре типа Секера, где подалембранная камера заполнена газом и исследуется только процесс осушения. Всего было три монолита, :%акдый монолит исследовался в два слоя. Используя метод наименьших квадратов, зависимость Р(9) были аппроксимированы в форме степенных уравнений. По полученным графикам зависимости Р(9) была выделена верхняя граница Р и 0 соответственно -20 кПа и 25 %, выше которой

наблюдается резкое изменение 8 при незначительном изменении Р. Нижний предел выявлен как -50 кПа по Р, а по 9, в зависимости от гранулометрического состава и водно-физических свойств пород от 14,5 до 17 %. Забегая вперед, следует отметить, что знделекный интервал 9 намного превышает полученные интервалы Э методом центрифугирования и тензкометрическим. Исследуя зависимость К^б) и ^(Р), полученные результаты также были обработаны методом наименьших квадратов. По полученному графику зависимости Кд(Р) хорошо выделяется нияний предел Р для всех кривых (-50 кПа), кике которого резко уменшается передвижение влаги. Верхний предел изменяется от -15 до -25 кПа в' зависимости от гргтулометрического состава и водно-физических свойств-пород. По графику зависимости 1^(9) выделен интервал 8, равной 2028 %, что превышает ранее наделенные интервалы по предыдущим методам. _ В целом, сравнение полученных результатов капилляриметрзческим методом по всем параметрам Р, 6 и ¡^ показали, что они не согласуются меяду собой.

4. Количественное определение инфильтрацконного питания грунтовых вод.

Исследуя влагоперенос методом центрифугирования, и капиллярно-пленочный потенциал определялся по зависимостям, полученными В.Н. Чубаровым. По всем полученным результатам этим методом были построены графики изменения 9, засоленности пород зоны аэрации и инфяльтраци-онного питания. Величина инфильтрационного питания за исследуемый период колебалась в больших пределах, от чбОО до -400 мм/год. Результаты Кд, рассчитанные полученными уравнениями регрессии, практически не отличаются от результатов Кд, рассчитанных по формуле В.Н.Чубарова. Расчеты Кд при исследовании процессов влагопереноса тензиометрическям методом проводились по графикам, построенным по данным 9 и Р, полученным в процессе опытов. Так как исследования тензиометрическим методом проводились на территории г.Ашхабада, полученные результаты были сравнены с результатами, полученными методом центрифугирования проведенные ранее на территории г.Ашхабада. Так, методом центрифугирования были получены следующие результаты: при 6=10,5 % величина расхода равна 6 мм/год, .13,5 % отвечает величина питания 73 мм/год, 18,2 % - величина питания 194 мм/год, а тензиометрическим методом при 9 равной 10 %, величина расхода равна 6 мм/год, 12 % - величина питания 60 мм/год, 18 % - величина питания 137 мм/год. Из этих данных видно, что они имеют близкие значения. При исследовании влагопереноса катшшриметрическим методом, значение 9 рассчитывались на каждой ступени разряжения. рассчитывался по формуле Гарднера. Методом конечных разностей, на осьоье результатов стационарных наблюдений за режимом грунтовых вод в пределах Тедженс-

кого оазиса, инфильтрациокное питание рассчитывалось по створу скважин и в плане по уравнениям неустановивше1'ося движения в конечных разностях Г.Н.Каменского. Учитывая, что наблюдательные скважины расположены не по сетке квадратов, а в виде произвольной группы, по методике А.В.Лебедева выделялись расчетные элементы потока. Имея карту Кф пород Тедкекского оазиса, величина недостатка насыщения или водоотдачи была рассчитана по формуле Л. Дамл и Р. Винтер (США): ^=0,1254+1152 .

Благодаря проведению опытных исследований в одном районе и на породах одной разности, мы можем наиболее точно оценить результаты инфильтрациояного питания, полученные различными методами. В начале . проведено сравнение гидрофизических методов, а потом они сопоставлены с результатами гидродинамического метода. Сравнение результатов центрифугирования и капилляриметрического методов показало, что значения, полученные капилляриметрическим методом в среднем в 9 раз ниже значений инфильтрационного питания, полученных методом центрифугирования (табл. I). Если сравнить значения величины питания всех трех методов в процессе осушения (табл. I), то значения, полученные капилляриметрическим методом, яено занижены, но при больших влак-ностях, близких к полной влагоемкости, они примерно одинаковы с результатами тензиомзтрического метода. Сравнение результатов, полученных методами центрифугирования и тензиометрическим показали, что они в среднем одинаковы в интервале 9.от 9 до 18 %. Примерно такой же диапазон 0 был выделен ранее при исследовании зависимостей параметров влагопереноса. Отмечая приемлемость метода.центрифугирования перед тензиометрическим следует отметить, что при проведении натурных тензиометрических исследований проявляются следующие недостатки. Колебание уроеня грунтовых вод на орошаемом участке достигает 2 м и более, поэтому тензкометры, установленные ближе к УГВ, будут периодически затапливаться. С другой стороны, поверхность земли в летнее время нагревается до 70°С и зонд, установленный блине к поверхности земли, также не будет работать, что наблюдалось при наших исследованиях."Невозможно -проводит^ исследования влагопереноса по всей исследуемой территории, т.к. оборуд6ванае~шурфов^очекь_доротостоющее. В

своих работах В.В.Бадов, изучая литературные данные, указывает на---------

недостатки метода центрифугирования, без устранения которых.он считает этот метод не может быть рекомендован: I) действие центробежных сил распространяется не только на жидкость, заключенную в пористой среде, но и на твердый скелет, что приводит к деформации образца и, как следствие, к изменению его водно-физических свойств; 2) при плохой дренироваиности образца и его большой 0 возникает шготностная дифференциации компонентов ^ что вызывает переувлажнение части образ-

Таблица I.

Объёмная ! Величина питания расхода, мм/год

влажностЫМетод центрифугиро-'Капилляриметрнчес- ¡Тензиометрическлй % !вания !кий метод ¡метод

!увлажнение'осушение!увлажнение¡осушение!увлажнение!осушение ! мм/год ! мм/год ! мм/год ! мм/год ! мм/год ! мм/год

9 19 9 - 2 14 8

10 24 12 - 25 30 17

II 30 15 - • 3 44 26

12 39 20 - 4 57 33

13 49 27 - 5 69 40

14 62 35 - 7 80 46

15 80 46 - 0 90 52

16 101 60 . - II 99 57

17 129 78 - 14 108 62

18 164 103 — 19 116 67

19 208 .134 - 24 124 71

20 265 176 - 31 132 75

21 338 230 - 40 139 79

24 ' 696 518 - 86 159 91

27 1433 1164 - 184 176 176

30 2954 261^ - 395 191 191

33 6086 5880 — 847 205 205

Таблица 2.

¡Величина инфильтрационного питания за год, мм/год

скважин

54 49 31 108 71

! Метод центри- ! Метод коночных разностей ! фугирования ! В плане ! по створу скважин

-202 -199 -179 39 19

-122 -112 -121 50 -13

-124 -125

ца, находящейся блине к оси гращения; 3) вытекание воды из образца происходит в среду, имеющую нулевую насыщенность вытекающей фазы, что обусловливает проявление концевого эффекта на периферии образца. т.е. установление некоторого, не. уменьшающегося при постоянной скорости в ранения, значения насыщенности, которое заведомо не известно. Выполненный нами исследования позволяют отметить, по первому пункту, что при проведении опытных работ на супесчаных породах при центробежной силе, равной 0,4-0,6 атм., достигается наименьшая влагоеькость, а максимальное разряжение, в основном, 0,92 атм. (1500 об/глин). Эта нагрузка на породу нз превышает естественной геостатической нагрузки и если даже происходит незначительная деформация образца, то это не приводит к изменению его водно-физических свойств.'По второму пункту можно отметить, что песчано-супесчаные породы хорошо дренируемы. По третьему пункту можно утверждать, что примененная автором методика проведения работ показывает, что исследуется та часть испытуемого образца, которая заключена между двумя штыревыми датчиками и вся информация снимается именно со средней части испытуемого образца. Таким образом, если даже проявляется концевой эффект, то только на периферическом конце образца, что в данном случае не имеет значения. Далее, т.к. метод центрифугирования был выделен кили как наиболее приемлемый для исследуемой территории, проведено сравнение полученных результатов этим методом с результатами метода конечных разностей. Сравнение показало, что процессы увлажнения и осушения совпадают (табл. 2). В процессе осушения результаты, полуенные методом центрифугирования, в среднем на 40 % выше, а в процессе питания -на 22 %. Таким образом, метод центрифугирования автором выделяется как наиболее.приемлемый для исследуемой территории, он позволяет проводить исследования влагопереноса практически на любом участке территории и по всему разрезу зоны аэрации.

Исследуя процессы расхода и питания грунтовых еод через породы зоны аэрации, автор пришел к Еыводу о целесообразности определения и оценки процессов расхода и питания грунтовых вод е природных условиях непосредственно над капиллярной каймой. Исследуя процессы осушения и насыщения водоносной толщи в Тедженском оазисе ранее М.М.Еа— тыршиным, была выделена так называемая "градиентная поверхность" (И1) над УГВ, равная 0,4 м. Под ГП У Ц.Батыршин подразумевает неизменяющуюся высоту над УГВ в независимости от колебания УТВ. Во-первых, многочисленными опытами В.П.Дорошенко были определены высота капиллярного поднятия пород зоны, аэрации Тедженского оазиса, для песков ока равна 0,86 м, а для супесей - 1,06 м. Возможно М.М.Еа-тыриин исходил из того, что в чистых песчаных породах высота капиллярного поднятия не превышает 0,36 м. Таким образом, при ГП равной

0,4 м мы все вреда находимся в капиллярной к^!ме, во-вторых, определяя разность последнего и предыдущего значений 8 пород по одной скважине, не учитывая гистерезиснке явления, по знаку полученного результата, определял процесс осушения или увлажнения, поэтому в большинстве случаев он получал, что при повышении УГВ идет процесс осушения, а при снижении УГВ идет процесс увлажнения водоносной толщи, что совершенно не приемлемо для исследуемой гидрогеологической структуры, следовательно, позиции М.М.Батыршпна не верны. В своих работах М.М.Абрамова, А,М.Глобус, А.А.Роде и др. отмечают, что влага к поверхности испарения передвигается в жидкой фазе до 6 пород, равной 9 разрыва капилляров. Это доказывается и передвижением соли по разрезу, причем отмечается, что засоленность резко возрастает в зоне разрыва капилляров. Учитывая вышесказанное, автором были проанализированы все построенные графики изменения б и засоленности пород зоны аэрации и УГВ, и бшга установлена четкая взаимосвязь манду изменениями 9 и засоленности по .род. Таким образом, автор рекомендует определять и оценивать процессы осушения и насыщения водоносной толщи в природных условиях непосредственно над капиллярной каймой в толще пород равной 0,3 м. При этом определять 9 пород в выделенной толще с интервалом 0,1 м. Ранее нами выделялся диапазон 9 для исследуемлс пород от 9 до 19 % от объема, поэтому, если 9 пород в выделенной толще превышает верхний предел 9 слагаемых пород, т.е. когда гравитационный потенциал превышает капиллярно-сорбционный потенциал, то вне зависимости от направления градиента 9 вдет процесс питания. Если же В слагающих пород не превышает этого предела, то в зависимости от градиента 9 определяется процесс'питания ила расхода грунтовых вод. Также необходимо, чтобы описываемые процессы сочетались с изменениями УТЬ и следует исследовать 9 и засоленность пород по всему разрезу зоны аэрации.

Резюмируя весь вышеизложенный материал, автор предлагает метод организации и проведения исследований влагоперенсса центрифугированием; обобщается весь фондовый и опубликованный материал по исследуемому району, строятся карты зоны аэрации, грунтовых вод, водно-солевого режима и разрезы водонаснщенной зоны и зоны аэрации. В зависимости от мощности, строения, засоленности пород зоны аэрации, от рельефа местности, от расстояния канала и коллектора, от орошаемой и неорошаемой зоны и т.д. выделяются ключевые участки и проводятся исследования процессов влагспереноса методом центрифугирования. Отбираются образцы на каждом ключевом участке с интервалами 0; 0,15; 0,30; 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 3,0С м ... на влажность, водную вытяжку, грансостав и образцы для центрифугирования. По рекомендуемому способу определяется и оценивается процесс осушения и насыщения. Все

полученные данные обрабатываются на ЭВМ, строятся кривые зависимостей Р(9), К^Р), 1^(0). Далее выделяется оптимальный диапазон б для пород исследуемой территории, что позволяет решать различные мелиоративные и гидрогеологические задачи, а,по полученным уравнениям регрессии решать прогнозные задачи.

5. Еозмокности регулирования и управления техногенной системой.

Для регулирования техногенной системой необходимо изучать весь комплекс вопросов, еходящнх в эту проблему: а) динамику влаги и солей через зону аэрации и количественно оценивать их; б) поступление поверхностных к отвод дуенакнкх еод и их минерализацию; в) состав и строение пород зоны аэрации, их водно-физические свойства и степень засоленности; г) потребность влаги выращиваемых культур на разных стадиях развития я сосущую силу корней растений; д) эвапо-транспирацию; е) метеорологические и другие условия. С изложенных позиций была проанализирована слоаиЕшадся ситуация на исследуемой территории. Таким образом, автор рекомендует для регулирования и рационального использования поверхностных вод удеряивать влажность пород корнеобптаемого слоя соответствующей среднему значению 9 выделенного диапазона (9 - 19 %), при котором происходит минимальное инфильтрацпснное питание, а Р в данном диапазоне 6 составляет от -15 до -60 кПа, что по И.И.Суднкцину соответствует легкодоступной влаге дая растений. Но при существующем в Тедкенском оазисе способе орошения (по бороздам), удержание определенной влажности почвогрун-тов практически невозможно, поэтому используя результаты работ И.Я. Долотказина (1956) по сравнению орошения хлопчатника способами дождевания и по бороздам в Мургабском оазисе, а также метод аналогии, в Тедяенском оазисе рекомендуется применять систему орошения доздева-нием, которое вдвое экономит оросительную воду, дает значительную экономию трудовых затрат и т.д., а такяе при орошении додцезанием происходит промывка пород, что позволяет в вегетационный период сникать содержание солей корнеобитаомом слое.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЖСШЩ1£Ш-----------------------------

I. Впервые автором бшш проведены исследования влагопереноса тремя гидрофизическими методами в аридной зоне с характерными природными условиями и оценены преимущества и недостатки каэдого метода; на песчано-супесчаных породах ТССР экспериментально определены параметры влагопереноса и инфильтрационное питание грунтовых вод тензио-метрическим и капилляриметрйческим метода'.®.

2. На основании большого числа выполненных автором экспериментов построены кривые зависимостей параметров влагопереноса Р(9), 1^(6) и К^Р) всеми тремя методами, полученные данные обработаны статистически и составлены уравнения регрессии, пригодные для использования в практических расчетах и прогнозах. Установлено, что параметры влагопереноса зависят от водно-физических сеойств и гранулометрического состава пород.

3. Сопоставление и анализ полученных результатов методами центрифугирования, тензиометрпческим, кашшсяриметрическим и конечных разностей показали, что для количественного описания процессов влагопереноса в породах зоны аэрации на исследуемой территории наиболее приемлемым является метод центрифугирования, который дает возмояно-сть организовать массовые определения и получить параметры влагопереноса и значения инфильтрационного питания для значительных по площади районов. Применение тензиометрического метода на орошаемом участке Тедженского оазиса ограничено в связи с неглубоким залеганием УГВ, где УГВ больше 5 м этот метод можно широко использовать. В связи с густотой ирригационной сети и неправильным расположением режимных скважин на орошаемом участке Тедженского оазиса гидродинамический метод в настоящее время можно применять лишь на неорошаемой части оазиса, поэтому рекомендуется провести реорганизации режимной сети на орошаемой территории, чтобы была возможность использования метода конечных разностей, что позволит оценить многолетние тенденции

в изменении инфильтрационного питания в целом по оазису. Результаты, полученные капилляриметрическим методом на несколько порядков ниже по сравнению с результатами, полученными методом центрифугирования и поэтому может быть рекомендован только для относительной оценки.

4. Выделен эффективный диапазон Р от -60 до -15 кПа и 9 от 9 до 19 % от объема; При значениях Р и 0 ниже выделенных диапазонов, величина Кз приближается к нулю, а выше - резко возрастает, поэтому 9 пород, равная примерно середине выделенного диапазона, автором выделяется как оптимальный вариант влагозапаса пород зоны аэрации исследуемой территории, которая соответствует легкодоступной влаге для растений, и при котором происходит минимальное инфильтрационноз питание.

5. Рекомендуется определять процессы насыщения и осушения водоносной толщи в природных условиях Тедженского оазиса непосредственно над капиллярной каймой, в толще пород равной 0,3 м, т.к. именно в этой зоне количественно определяя поток влаги можно определить величину питания или расхода грунтовых вод.

6. Автором предлагается доработанный и апробированный метод организации и проведения исследований процессов влагопереноса методом центрифугирования, который может быть широко использован в аридной зоне.

7. Полученные количественные значения влагопотока в породах зоны аэрации Тед-.енского оазиса, которые могут быть использованы при решении мелиоративных задач (выбора нормы полгаа и промывки земель и т.д.) и общих задач гидрогеологии (исследование баланса, изучение влагопереноса и т.д.).

8. Для управления к рационального использования-поверхностных еод рекомендуется на территории Тедженского оазиса перейти к орошении дождевальной системой, что позволит вдвое сэкономить оросительную воду, значительно сэкономить трудовые затраты, сократить многочисленные водопроводные сети, повысить КЗИ, получить высокий урожай выращиваемых культур и сохранить плодородие почв.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. Ходжамухаыедов Б.Г., Бардин Е.К. Закономерности развития водно-солевого режима Тедяенской гидрогеологической структуры. В кн.: Пути интенсификации геологических исследований в Туркменистане. Тез.докл. науч.-практ.конф. НТО - горное. Ашх., Ылш,1967.

2. Батырпин У.LI., Кузычиев К.А., Ходяа:лухамедов Б.Г. Изучение генетических типов водообмена - основа управления мелиоративной системы Тедженского оазиса. В кн.: Пути интенсификации геологических исследований в Туркменистане. Ашх., Ылнм, 1986.

3. Ходжамухамедов Б.Г. Зависимость коэффициента влагопереноса от всасывающего дазления и влажности в супесчаных породах г.Ашхабада. Рес-пуб. семинар "Гидрогеологические особенности л методигя разведки месторождений подземных вод, приуроченных к приканальным линзам", ЮАГГЭ ПО Туркменгеология, Ташауз, 1990.,

4. Ходкамухамсдов Б.Г. Определение параметров влагопереноса капилляри-метрическим методом. Респуб. семинар "Гидрогеологические особенности

и методика разведки месторождений подземных вод, приуроченных к приканальным линзам", ЮАГГЭ ПО Туркменгеология, Тайауз, I9S0.

5. Ходжамухамедов Б.Г, Исследование процессов влагопереноса в песчако -—супесчаных породах аридной зоны тензиометрическим методом. На примере

балансового участка г. Ашхабада. &ГРЛ - М., 1990. Деп. в ЕКНИТИ.

6. Ходжамухамедов Б.Г. Сопоставление и "анализ результатов экспериыен-' тальных исследований процессов влагопереноса. Науч.-практ. конференции ПО Туркменгеология. Ашх., 1990.