Диссертация (1151678), страница 15
Текст из файла (страница 15)
рисунок 2.8), азначит и кривая ОГХ останется гладкой.Следующая поправка к использованию ОГХ связана с определениемусловий,прикоторыхможнопренебречьповерхностнойэнергиейвзаимодействия влаги с твердой фазой почвы. Агромелиоративные икультуртехническиемероприятия(плантаж,глубокоерыхление,фрезерование) в подавляющем большинстве случаев проводится при такихзначениях влажности, когда поверхностная энергия взаимодействия влаги ствердой фазой почвы во много раз меньше поверхностной энергиейвзаимодействия влаги с почвенным воздухом. Найдем долю свободнойудельной объемной энергии почвенной влаги обусловленную поверхностнойэнергией взаимодействия влаги с твердой фазой почвы (адсорбционнымпотенциалом).Дляэтоговычислимрасхождение(вдолях)междуинтегралами, вычисленными с учетом и без учета поверхностной энергиейвзаимодействия влаги с твердой фазой почвы см.
рисунок 2.9. Относительноеизменение результатов интегрирования определяется выражением [17]:∫ ( p ′ + p ′′ )dw − ∫ p ′′dw∫ ( p ′ + p ′′ )dw.(2.2.17)Результаты подстановки экспериментальных данных в уравнение92(2.2.17) и их обработки на вычислительной технике представлены в таблице2.2.Для основных типов почв Чувашской Республики максимальноерасхождение меньше 0,10 при значениях объемной влажности w=0,09. Этозначение примерно совпадает с влажностью соответствующей максимальнотвердому состоянию почвы, при котором полевые работы практическиникогда не ведутся. При других значениях влажности, соответствующих темреальным случаям, когда техника производит обработку почвы, расхождениене превышает 3-4%.Таблица 2.2 – Значения объемной энергии, вычисленные для влажности«спелого» состояния и наименьшей влагоемкости [17]ПочваРасхождение, %Влажность, при которойВлажностьпочва имеет максимальную«спелости»твердостьДерново подзол.легко суглинистаяСветло сераялеснаяТемно сераялеснаяЧерноземвыщелоченныйНаименьшаявлагоемкость9,73,64,59,93,43,19,63,44,69,53,36,1Заштрихованная площадь на рисунке 2.9 соответствует поверхностнойэнергией взаимодействия влаги с почвенным воздухом.
Видно, что сувеличением влажности, расхождение между кривыми уменьшается, и онисливаются в одну. Получили, что для большинства реальных случаев (прикоторыхцелесообразнофункционированиепочвообрабатывающихагрегатов) достаточно проводить интегрирование только поверхностнойэнергией взаимодействия влаги с почвенным воздухом. Такой подходпозволяет упростить формулы расчета энергии и существенно уменьшитьотносительную ошибку вычислений.93⎛ Дж ⎞lg p, ⎜ 3 ⎟⎝м ⎠1086420,1 0, 2 0,3 0 , 4 0 ,5 wРисунок 2.9 – Полный и капиллярный потенциалы2.2.2. Исследование и верификация ОГХ почвСогласнополученнымформулам(2.2.15)и(2.2.16)основнаягидрофизическая характеристика почв строится по значениям удельнойповерхности твердой фазы почвы, пористости и постоянной Б.В.Дерягина.ЗначенияудельнойРеспублики,поверхностиприведенныевосновныхтаблице2.3типовпочвпоказывают,Чувашскойчтоданные,полученные аэродинамическим методом, адекватно отражают удельнуюповерхность почв, поскольку различия между экспериментальными даннымиполученными различными методами несущественны.
В таблице 2.4 для техже почв рассчитаны значения постоянных А.Значения постоянной А, вычисленные по формуле (2.2.12) см. таблицу2.4, согласуются с данными Дерягина [74, 75]. Они с высокой степеньюдостоверности (89,9%) аппроксимируются выражением:А=δ Ω 0−2 .где δ=2·10-18 - коэффициент, Дж·м2.(2.2.18)94В итоге для давления почвенной влаги запишем⎛ 11 ⎞Δp = p ′ + p ′′ = δ Ω 0 ⎜⎜ 3 − 3 ⎟⎟ + σΩ 0 ⋅ D(w, Π 0 ) .Π0 ⎠⎝w(2.2.19)Таблица 2.3 – Значения удельной поверхностиΩ, м2/гПочвааэродинамическийметодметод БЭТметод Кутилека31,431,335,546,248,142,466,568,970,592,098,799,3Дерново- подзол.легко суглинистаяСветло сераялеснаяТемно сераялеснаяЧерноземвыщелоченныйТаблица 2.4 - Значения постоянной А (10-21 Дж) для основных типов почвЧувашской РеспубликиПочваДерново- подзол.
легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченныйА (эксперимент)А (по регрессии)1,43 ÷ 2,490,64 ÷ 1,100,35 ÷ 0,590,16 ÷ 0,272,030,940,450,23Полученная зависимость важна при получении ОГХ. Использованиеформулы (2.2.18) позволяет сократить общее время построения ОГХ,поскольку при определенных аэродинамическим методом значениях Ωпропадает необходимость экспериментального определения постоянной А,что ведет к существенной экономии времени.Однако если построение ОГХ идет в разрезе ПТФ [5, 204, 261, 263, 264,267, 273, 274], то вполне целесообразно использовать функциональнопараметрический регрессионный подход к определению А, как параметра дляточногосогласованиязначенийпочвенно-гидрологическихконстант(критических влагосодержаний) при определенных значениях потенциалов.Ранее было показано, что одним из инструментальных экспресс -95методовоценкиводоудерживающейспособностипочвявляетсяцентрифугирование - использование центробежного поля для удалениявлаги.
Этот метод отличается простотой в использовании и точностью [197].Поэтому экспериментальные данные, полученные центрифугированием,были использованы для проверки адекватности предложенной нами модели.На графиках (рисунки 2.10-2.14) вместе с ОГХ почв построенными поуравнению (2.2.15) представлены экспериментальные данные, полученныепри центрифугировании.
Была использована лабораторная высокоскоростнаямини центрифуга Microspin 12 фирмы BioSan (диапазон регулированияскорости,оборотоввминуту1 000 —14 500,Диапазонконтроляотносительной центробежной силы 50–12 400 × g )Результаты проверки степени соответствия кривых ОГХ построенныхпо уравнению и экспериментальных данных с помощью χ2 – тестапредставлены в таблице 2.5 [5, 201]. Соответствующее 95% уровнюнадежности критическое значение составляет χ2=3,2551.Данныетаблицы2.5показывают,чторазличиямеждуэкспериментальными данными и построенными ОГХ недостоверны, привыбранном уровне надежности критическое значение χ2 превышаетнаблюдаемыезначениявовсехрассмотренныхслучаях.Значит,экспериментальные данные отражены адекватно.Таблица 2.5 - Результаты статистической обработки [17]ПочваДерновоподзолистаяСветло сераялеснаяТемно сераялеснаяЧерноземвыщелоченныйΩ, м2/гА, (10-21)ДжП0Наблюдаемоезначение χ2Надежность31,52,60,511,57730,996546,31,10,531,38120,997966,60,50,521,74320,994992,10,30,593,02370,9633965,00Дерново-подзолистаяpF4,003,002,001,000,0000,10,20,330,40,50,63w, м /мРисунок 2.10 – ОГХ для дерново-подзолистой почвы (Ω0=31,4 м2/г, П0=0,51)и экспериментальные данные ( ■ )5,00Светло-серая леснаяpF4,003,002,001,000,0000,10,20,330,40,50,63w, м /мРисунок 2.11 – ОГХ для светло-серой лесной почвы(Ω0=46,2 м2/г, П0=0,53)и экспериментальные данные ( ■ )975,00Темно-серая леснаяpF4,003,002,001,000,0000,10,20,30,40,50,6w, м3/м3Рисунок 2.12 – ОГХ для темно-серой лесной почвы (Ω0=66,5 м2/г, П0=0,52)и экспериментальные данные ( ■ )5,00Чернозем4,003,00pF2,001,000,0000,10,20,30,40,5w, м3/м3Рисунок 2.13 – ОГХ для чернозема (Ω0=92,0 м2/г, П0=0,59)и экспериментальные данные ( ■ )0,698Использование функции (2.2.15) для моделей А, Б и В приведено нарисунке 2.14.
Для проверки адекватности предложенной ПТФ былииспользованы экспериментальные данные, полученные центрифугированиемсветло-серой лесной почвы (Ω0=46·106 м2/м3, П0=0,53 м3/м3).По рисунку 2.14 видно, что при значениях pF от 0 до 2экспериментальные точки практически совпадают с кривой по модели Б, т.е.при низких давлениях роль перпендикулярных направлению потока порнесущественна.
Для более высоких давлений из интервала pF от 2 до 3лучшее приближение имеет вначале модель А, а затем В, следовательно вданномдиапазоненельзяпренебрегатьпорамиперпендикулярныминаправлению потока.5,004,00БВАpF3,002,001,000,0000,10,20,30,40,5W, м^3/м^3Рисунок 2.14 – Различные модели ОГХ и экспериментальные данные ( ■ )Проведенная проверка степени соответствия полученных ОГХ сэкспериментальными данными при помощи χ2–теста показала, что для 95%уровня надежности во всех случаях наблюдаемые значения (для модели А:99χ2=0,669; для модели Б: χ2=0,225; для модели В: χ2=1,457) меньшекритического (3,2551) т.е. предложенные ПТФ адекватно описываютэкспериментальные данные.2.3.
Теоретическое обоснование и верификация функциивлагопроводности почв Чувашской республикиКак было показано выше, при изучении развития системы «почва –вода – растение» помимо определения изменения потенциала почвеннойвлаги, весьма информативным является учет зависимости коэффициентавлагопроводности от влажности K(w) или от потенциала почвенной влагиK(ψ),называемуюфункциейвлагопроводности.Онаявляетсятойхарактеристикой почвы, которая описывает способность почв удерживать ипроводить влагу под действием термодинамических сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
