Диссертация (1151678), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Пористость не является стабильнымво времени свойством, а ее значения меняются во время агромелиоративныхикультуртехническихмероприятий(плантаж,глубокоерыхление,фрезерование).Песчаные и супесчаные почвы с малыми значениями удельнойповерхности (1,5-2 м2/г) имеют благоприятный воздушный и тепловойрежим, хорошо водопроницаемы, но маловлагоемки. Глинистые почвы сгораздо большими значениями удельной поверхности (300-400 м2/г)119обладают высокой влагоемкостью и слабой водопроницаемостью, плохойводоотдачей и неблагоприятными тепловыми свойствами. Наилучшимиявляются суглинистые почвы, которые имеют промежуточные значенияудельной поверхности и занимают промежуточное положение по свойствам.Они имеют благоприятный воздушный и тепловой режим, хорошоводопроницаемы, обладают высокой влагоемкостью и подвижностью влаги.Пористость почвы можно рассматривать, как максимальный объемвлаги способный в ней находиться.
За удерживание влаги в почве отвечаетпотенциал почвенной влаги, а за ее перемещение функция влагопроводности.Поэтому интерес представляет функция, являющаяся их произведением. Поаналогиисописаниемтемпературопроводностьявленийсвязанапереносасвтермодинамике,теплопроводностьюигдеудельнойтеплоемкостью свяжем упомянутую функцию (потенциалопроводности) свлагопроводностью и потенциалом влаги. Рассмотрим величину, связанную срасходом влаги из почвы как функцию пористости, удельной поверхности ивлажности почвы. В данном случае коэффициент влагопроводности ипотенциал почвенной влаги определяются по формулам:K=(Π + 2Π 0 ) ⋅ 1 ⋅ Π 2 − (Π − w)2 ,3(ln2)⋅0041− Π0Ω0128 π ηlAΩ 30ψ = ψ′ + ψ′′ =ρ525220⎛ 11 ⎞ Ω 0σl g⋅ ⎜⎜ 3 − 3 ⎟⎟ +ρ⎝w Ï 0⎠()(2.4.9)α⎞ ⎛⎛ww ⎞⎟⎟ (2.4.10)⎟⎟ ⋅ ⎜⎜1 −⋅ ⎜⎜1 −w1Π−Π+00 ⎠⎠ ⎝⎝Поскольку функция есть их произведениеV=Kψ.(2.4.11)Исследуем эту функцию на экстремум.
Графический вид зависимостейот влажности функции V(w) и ее 1-й и 2-й производных представлен нарисунке 2.22. Полученный функциональный вид зависимости (2.4.11)позволяет проанализировать изменения, происходящие в почве относительнопроцессовиссушения-увлажнения.Изрисунка2.22видно,чтосуменьшением влажности функция V(w) до определенного значения растет,120т.е.
водоудерживание увеличивается, а значит, потери влаги уменьшаются.0,05V(w)V(w)1-я произв0,042-я произв0,030,020,01000,050,10,150,20,250,30,350,40,450,5-0,01-0,02wРисунок 2.22 – Функция V(w) и ее 1-я и 2-я производныеУсловия V΄(w)=0 и V˝(w)=0 позволяют определить такие критическиезначения, как точки максимума и перегиба, которые можно использовать прирассмотрении различных реологических моделей почвы и их связи сэнергетической концепцией А.Д.Воронина.0,00250,40,0020,450,0015V(w)0,0010,550,50,60,650,0005000,20,40,60,8w, (м3/м3)Рисунок 2.23 – Зависимость V(w) при различных пористостяхПри уплотнении в первую очередь уменьшается поровое пространство.121Динамика изменения функции V(w) при разных значениях пористости дляодной и той же почвы (Ω=46,2·106, м2/м3) представлена на рисунке 2.23.Из рисунка 2.23 видно, что при уплотнении уменьшается как величинамаксимума, так и соответствующие ему значении влажности. Кроме того,уменьшаются значения влажностей соответствующих точкам перегиба.
Этоговорит о том, что менее уплотненная почва достигает некоторогоопределенного уровня водоудерживания при более высокой влажности, чемдля более уплотненной почвы. Уплотненная почва такого уровня или недостигает или достигает при более низкой влажности (см. рисунок 2.23).Таким образом, с помощью исследования функции V(w) получилианалитическое обоснование того, что более плотная почва быстрее теряетвлагу. Этот вывод математически подтверждает экспериментальные данныео том, что при уплотнении водоудерживающие свойства почв ухудшаются[27, 107, 117].ΠwРисунок 2.24 – Изолинии функции V(w, П) и поле градиентов1222.5. Выводы по главеВ результате совершенствования модели порового пространства почвбыла получена трехмерная модель, позволяющая используятермодинамикиизучатьэнергетикупочвеннойвлаги.законыБлагодарятрехмерности и модели и возможности рассмотрения различных ее вариацийописывающих соотношения между пористостью почвы и ее удельнойповерхностью реализовано неявное задание гранулометрического составапочв.
Получены аналитические выражения для ОГХ (потенциала почвеннойвлаги и эквивалентного ему давления почвенной влаги) связывающиепористость удельную поверхность и поверхностное натяжение с энергиейводы в почве. Получены функции влагопроводности в виде зависимостикоэфициента влагопроводности от влажности и в виде зависимостикоэффициентавлагопроводностиотпотенциалапочвеннойвлаги.Проведенное сравнение значений полученных по предложенным формулам сэкспериментальными данными подтвердило статистическую значимостьформул для описания процессов водоудерживания и влагопереноса в почвах.Благодарятому,чтоформулыполученысучетомфизическихигидрофизических свойств почвы вполне оправданно их использование дляисследованиятехнологическихсвойствпочвыприпроведенииагромелиоративных и культуртехнических мерприятий, а также длячисленного моделирования процессов впитывания воды в почву придождевании и капельном орошении.
Изучение связи полученных выраженийдля ОГХ с гидрологическими константами и реологическими моделями почвпозволяет изучать доступность влаги растениям.Таким образом, разработанная модель порового пространства ивыявленные на ее основе зависимости позволяют обосновать экологическиприемлимыеиэкономическиэффективныеагротехническиеимелиоративные мероприятия с детальным учетом гидрофизических свойствпочвы.1233. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПРИПРОВЕДЕНИИ АГРОМЕЛИОРАТИВНЫХ ИКУЛЬТУРТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙПри проведении агромелиоративных мероприятий, таких как глубокоерыхление и глубокая вспашка во время первичной обработки почв на работупо преодолению сил трения затрачивается от 30 до 50% энергии машиннотракторных агрегатов (МТА).
Поэтому важно подобрать такую влажность,при которой почва хорошо крошится, минимально прилипая к орудиямобработки. Это обеспечит не только снижение тягового усилия, но инаилучшее состояние почвы после проведения мелиоративных мероприятий.В главе приведены исследования влияния влажности, пористости иудельной поверхности почвы на процессы взаимодействия мелиоративныхорудий и агрегатов с почвой с целью установления диапазонов влажности,при которых проведение агромелиоративных мероприятий экологично инаименее энергоемко.3.1.
Использование трехмерной модели порового пространства приизучении технологических свойств почв3.1.1. Получение функциональной зависимости для липкости почвИзвестно, что липкостью почвы называют свойство ее частицсклеиваться и прилипать к различным телам. Она характеризуется усилием вг/см2, требующимся для отрыва твердой пластинки от влажной почвы [22,138, 139].
Измеряется липкость при помощи модифицированных весов.Кроме сопротивления отрыву находящихся в контакте с почвой тел(колес, гусениц и т. д.) липкость проявляется через дополнительноесопротивление при скольжении почвы по поверхности рабочих органов,которое рассмотрено в п. 3.2.124Поскольку с липкостью связана физическая спелость почвы, то естьтакое значение влажности, при котором почва хорошо крошится, неприлипая к орудиям обработки, она является одним из важнейших факторов,определяющих условия функционирования почвообрабатывающих машин иорудий.Значениелипкостигранулометрическимиопределяетсяминералогическимвлажностьюсоставами,почвы,плотностьюиструктурностью почвы.
На величину липкости значительное влияниеоказывает материал, из которого состоит контактирующее с почвой тело исостояние его поверхности. Кроме того, важно значение нагрузки,прижимающей поверхность тела к почве. Поэтому учет влажности, удельнойповерхности, пористости и температуры почв позволяет при исследованияхполучать более полную информацию.Способность почвы прилипать к поверхности различных предметовобусловлена их взаимодействием с твердой фазой почвы посредствомпочвенной влаги.Для получения теоретической зависимости используем объективныйэнергетический метод к рассмотрению почвенной влаги, совместно сиспользованием трехмерных моделей почвы.Количественной характеристикой липкости является усилие (частовыраженное в Н/см2 или г/см2), требующееся для отрыва прилипшегопредмета от почвы при различных ее влажностях.
Липкость характеризуюттрипоказателя:максимальноезначениелипкостиLmax,влажностьмаксимального прилипания wmax и влажность начального прилипанияw0 [220]. По мере увлажнения почвы липкость повышается, а затем начинаетуменьшаться.Липкость не проявляется при значении влажности ниже w0 – значения,отражающегоравновесиедавленийв«пленочном»и«манжетном»состояниях. Эта же влажность кроме начального проявления липкостисоответствуетразрывукапилляров,нижнемупределупластичности,125оптимальному агрегированию частиц и микроагрегатов, т.е. влажностиоптимальной для плантажа, глубокого рыхления, фрезерования. Призначенияхвлажностивышеwmaxобработка почвыпрактическинепроводится, поскольку в этой области на влагу преимущественное действиеоказывают гравитационные силы.Рассмотрим почвенную влагу характерных для Чувашской Республикислабонабухающих, незасоленных почв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
