Автореферат (1151677), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В формуле (33) противоположные знаки слагаемых Е1 и А1, а также Е2 и А2показывают, что энергия связей между подвижными почвенными частицами вобразце почвы после воздействия на нее рабочих органов возрастает, а работа,затрачиваемая на механическую деформацию почвы уменьшается.Таким образом, результатами исследования технологических свойств почвпри проведении агромелиоративных и культуртехнических мероприятий явилисьзависимости коэффициента трения и липкости почв, позволяющие установитьдиапазоны влажности почв, при которых проведение агромелиоративныхмероприятий экологично и наименее энергоемко, достаточно точносогласующиеся с экспериментальными данными.
С целью выявленияуплотненного слоя почвы разработана методика послойного определениякоэффициентов фильтрации, а для совокупной оценки таких мелиоративныхмероприятий, как разуплотнение и рекультивация предложена методикаизмерения потенциала деформируемости почвы.В четвертой главе «Моделирование эрозионных процессов и профилейувлажнения при проведении оросительных мелиораций» рассмотренывопросы интенсивности впитывания воды в почву при орошении, эрозионнойустойчивости почвы при избыточном поливе при дождевании, формированиеконтура увлажнения при капельном орошении.Эрозионные процессы, связанные с избыточным поливом, приводят к потереплодородия почв. Эрозионная устойчивость поверхности склона характеризуетсяпотенциалом эрозионной устойчивости ϕ=A/m равным работе, которую нужносовершить для разрушения и выноса единицы массы почвы.
Используя методразмерностей свяжем среднюю глубину микроручейка h [м] с безразмерныммножителем ν, расходом Q [м3/с], уклоном i, гравитационным ускорением g [м/с2]и потенциалом ϕ [Дж/кг=м2/с2]:h=νQx(gi)yϕz,(34)Для единиц измерения длины и времени получаем систему уравнений,имеющую множество решений:25⎧1 = 3 x + y + 2 z ,⎨⎩0 = x + 2 y + 2 z;Выразив y и z через х, и подставив в (35) после преобразований имеем:(35)x⎧ g 2i 2 ⎫hgi(36)= ν ⎨Q 2,5 ⎬ϕϕ⎭⎩Определим x с помощью фиксированного набора статистических данныхдля водосборной площади реки Цивиль (4010 км2) за период с 1950 по 2010 гг. (с15 апреля по 15 октября).
Результаты вычислений по данным расхода и уровняводы отражались в системе двойных логарифмических координат (рис. 11). Послеобработки данных получены устойчивые от года к году результаты: x=1,047±0,060для летних дождей; x=1,185±0,072 для «затяжных» осенних дождей.3hgilgϕ 2,521,51y = 1,1401x - 2,2012R2 = 0,90460,5lg022,533,544,5Q ⎛ gi ⎞⋅⎜ ⎟ϕ ⎝ϕ⎠2Рисунок 11 – Определение наклона линии тренда в системе двойныхлогарифмических координатПриняв x=1, определим Λ=Qg2i2ϕ-2,5 как критерий Лохтина.
Тогдаколичественной характеристикой смыва поверхности склоновым потокомявляется безразмерная величина Λ=hgi/(ϕν), поскольку hgiΔmв - работагравитационной компоненты (Δmв - масса протекшей воды), а ϕ Δmп kr - энергия,затрачиваемая на эрозионное разрушение (Δmп – масса вымываемой почвы, kr коэффициент шероховатости):1. Λ≤1, смыва почвы в рассматриваемой точке нет – атмосферные осадки илиполивная вода стекают по микроруслу, не деформируя его;2. Λ>1, происходит смыв почвы при атмосферных осадках или поливе.На изучаемой территории оросительной системы «Дружба» имеются участкис уклонами до 0,08 и потенциалом эрозионной устойчивости, меняющимся взависимости от влажности от 3 до 12 Дж/кг. При условии Λ=1 при i=0,08 иϕ=3÷12 Дж/кг для критической величины глубины микроручейка текущего безразрушения и выноса почвы получаем h=ϕν/(gi), что соответствует интервалуглубин микроручейков от 3,6 до 14,4 мм.
Это условие необходимо учесть прииспользовании системы кругового орошения Valley, которая с помощьюоборудования и программного обеспечения позволяет подавать в каждыйконкретный сектор (VRI Speed Control) или управляемую зону (VRI Zone Control)26необходимое количество воды.Для расчетов профилей увлажнения и интенсивности впитывания придождевании или капельном орошении для почв с различными значениямиудельной поверхности, пористости и начальной влажности нами разработанапрограмма (рис. 12).Планирование и проведение лабораторных экспериментов позволяет примоделировании влагопереноса сделать следующие допущения: концентрациясолей пренебрежимо мала, твердая фаза почвы не деформируется и не смывается,температура воды в почве и температура поливной воды равны, всасывание водыкорнями растений и испарение малы.Задача определения профиля увлажнения при дождевании являетсяодномерной, поэтому рассчитывался послойный (50 слоев) перенос влаги столщиной слоя Δh=5 мм.
При вычислении разности потенциалов почвенной влагив слоях добавлялся гравитационный потенциал gΔh.Рисунок 12 – Работа программного средства по расчету профилей увлажнения придождевании и капельном поливе27Для выполнения расчетов с помощью разработанной программы расчетапрофиля увлажнения используется следующая информация: объем влагипоступающей в верхний слой за единицу времени, массивы значений пористости,удельной поверхности, начальной влажности для каждого слоя, по которымвычислялись коэффициенты влагопроводности и давления почвенной влаги. Поформуле Дарси рассчитывались объемы влаги перетекшей из слоя в слой.Для определения интенсивности впитывания, вместо объема влагипоступающей в верхний слой за единицу времени, был задан постоянный нулевойпотенциал ψ.Задача определения контуров увлажнения при капельном орошениитрехмерная, она была сведена к двумерной задаче как цилиндрическисимметричная с расположенной на оси капельницей (рис.
13).Рисунок 13 – Модель для расчета распределения влаги в почве при капельноморошенииРеализация программного средства расчета контуров увлажненияосуществлена заданием объема влаги поступающей в точку (цилиндр высотой 5мм и диаметром 5 мм) верхнего слоя за единицу времени. Гравитационныйпотенциал gΔh при вычислении разности потенциалов почвенной влагидобавлялся при расчете переноса из слоя в слой и не добавлялся при расчетепереноса внутри слоя, где почва разбивалась на систему радиально расходящихсяколец.
Вертикальный и горизонтальный перенос влаги рассчитывалсяодновременно с помощью решения двух уравнений Дарси и условия, при которомдавление почвенной влаги в получающем воду объеме по модулю не вышедавления в теряющем воду объеме почвы.По формулам Дарси (37) рассчитывались объем ΔVгор влаги перетекавшейиз цилиндрического элемента в более удаленный от оси элемент и ΔVверт - врасположенный снизу элемент:ΔVгор = KΔp горΔxS бок Δt , ΔVверт = K(Δpверт + ρgΔx)ΔxS осн Δt(37)где K - коэффициент влагопроводности, Δpгор – разность давлений почвеннойвлаги в соседних горизонтально расположенных элементах почвы, Δpверт –разность давлений почвенной влаги в соседних вертикально расположенныхэлементах почвы, Sосн – площадь основания цилиндирческого элемента, t –время,Δx – высота и толщина цилиндрического элемента.Визуализация расчетов для капельного орошения (объемы воды 0,5 л, 1 л,2л) светло серой лесной почвы (Ω0=46,2 м2/г, П0=0,53) со значениями начальныхвлажностей w=0,32 и w=0,15 близкими к влажностям спелости почвы и влажности28завядания растений представлены на рисунке 14.В результате исследования эрозионных процессов рассмотрены вопросыинтенсивности впитывания воды в почву при дождевании и капельном орошении,разработан критерий связывающий параметры образующейся при избыточномполиве сети микроручейков с уклоном и эрозионной устойчивостью почвы.Разработанное программное обеспечение позволяет в автоматизированномрежиме рассчитать профили увлажнения при дождевании и капельном орошениив зависимости от гидрофизических свойств почвы.
Эта информация может бытьиспользована при расчете поливных норм и сроков проведения поливов.Рисунок 14 – Градиенты потенциалов влагиобъем воды (сверху вниз) 0,5 л, 1 л, 2 л, начальные влажности w=0,32 слева,w=0,15 справаВ пятой главе «Совершенствование методик исследований иэкспериментальных установок, разработка программных средств» описаныэкспериментальные установки, принципы их работы, а также методикиопределения почвенных характеристик. Приведены алгоритмы вычислительныхпрограммных средств, необходимых для обработки экспериментальных данных.29Для измерения характеристик потока газа через почву предложенаэродинамический пермиметр (рис.15).компрессорпочвавыпускное окночасысчетчикРисунок 15 – Принципиальная схема пермиметраВ камеру помещается образец почвы, герметизируется, после включениякомпрессора через почву начинает протекать воздух, объем которого измеряетсясчетчиком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
