Диссертация (1151678), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Измерения физических величин таких как, плотность твердой фазыпочвы, пористость, удельная свободная поверхностная энергия на границераздела вода-воздух, объемная удельная поверхность твердой фазы почвы,173объемная влажность и объемная масса почвы производят на одних и тех жеобразцах почвы, отобранных на тестируемом участке соответственно до ипосле механической обработки в тех же точках, участок тестируетсятвердомером.Таким образом, результатами исследования технологических свойствпочвприпроведенииагромелиоративныхикультуртехническихмероприятий явились зависимости коэффициента трения и липкости почв,позволяющиеустановитьдиапазонывлажностипочв,прикоторыхпроведение агромелиоративных мероприятий экологично и наименееэнергоемко, достаточно точно согласующиеся с экспериментальнымиданными.
С целью выявления уплотненного слоя почвы разработанаметодика послойного определения коэффициентов фильтрации, а длясовокупной оценки таких мелиоративных мероприятий, как разуплотнение ирекультивацияпредложенаметодикаизмеренияпотенциаладеформируемости почвы.3.4. Выводы по главеМодельпоровогопространстваиспользованаприизучениитехнологических свойств почв. Получены функциональные зависимости длялипкости почв и зависимости для коэффициента трения в почвах.Проведенная проверка их соответствия экспериментальным данным показаластатистическую значимость уравнений и их пригодность для описанияпроисходящих в почве процессов. Зависимости коэффициента трения илипкости почв, позволяют установить диапазоны влажности почв, прикоторыхнаименеепроведениеэнергоемко.агромелиоративныхИзменениемероприятийудельнойэкологичноповерхностиипочвенныхагрегатов использовано для изучения крошения почвы при фрезеровании.Введено понятие эффективного размера почвенного агрегата.
Изменениеэнергетического состояния почвенной влаги использовано при изучении174результатовпроведенияагромелиоративныхикультуртехническихмероприятий. Модель порового пространства и функция влагопроводностииспользованы при изучении уплотненного состояния в тонких почвенныхслоях. Для совокупной оценки работ по разуплотнению и рекультивацииразработана величина потенциала деформируемости почв. Она показываетизменения в водоудержании почвы и условий развития корневой системырастений после проведения ряда агромелиоративных и культуртехническихмероприятий.
Предложена методика ее измерения.1754. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОФИЛЕЙУВЛАЖНЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОРОСИТЕЛЬНЫХМЕЛИОРАЦИЙВ главе рассмотрены вопросы моделирования и численных расчетовинтенсивности впитывания воды в почву при орошении, эрозионнойустойчивости почвы при избыточном поливе при дождевании, формированиеконтура увлажнения при капельном орошении.4.1. Изучение поверхностного впитывания водыВпитывание воды в почву является сложным процессом. На скоростьвпитывания воды в почву комплексное влияние оказывают такие факторыкак удельная поверхность, пористость почвы, ее начальная влажность,структурность и водопрочность агрегатов, корневая система и др.Изучениювопросовинфильтрациипосвященыработымногихотечественных и зарубежных ученых и, соответственно, имеются различныеточки зрения на определение скорости впитывания.
Полученные вбольшинствеисследованийзависимостиирасчетныеформулы,описывающие процессы инфильтрации во многих случаях специализированыдля определенных почв в конкретных условиях и далеко не всегдапереносимы от почвы к почве.4.1.1 Определение впитывающей способности почвыКак упоминалось ранее уравнение А.Н. Костякова степенного видаK t = K 0 t − α входит в набор стандартных функций современных электронныхтаблиц (степенная), по которым получают уравнения нелинейной регрессии.Поэтому поиск численных значений коэффициентов модели K0, и α непредставляет трудностей при статистической обработке данных.
ОднакоболееточнойявляетсяпредложеннаяАверьяновымС.Ф.формула176K t = K ô + K 0 t −α(Kф-коэффициентфильтрации).Онабылаусовершенствована путем добавления константы равной коэффициентуфильтрации, поскольку, через некоторое время, после заполнения пор водойначинается фильтрация воды через почву.Однакоспозицииматематическойстатистикитипмоделипредложенной Аверьяновым С.Ф. не является стандартным и применениеэлектронных таблиц для его обработки затруднено. При необходимостиполучения регрессионных зависимостей интенсивности впитывания отпористости и удельной поверхности почвы имеется следующее решение. Прииспользовании полученной нами формулы вычисления коэффициентавлагопроводности (2.3.5), для величины (K - Kф) зависимость приводится кстатистически легко обрабатываемому степенному виду, что позволяетопределять численные значения.
Использование разработанных программпозволяет изучать зависимость Kф, K0, α от пористости, удельнойповерхности и влажности.Рисунок 4.1 – Работа программного средства по расчету интенсивностивпитыванияПри моделировании интенсивности впитывания воды в почвуопределяется максимально возможный объем впитывающейся влаги для177текущего момента времени при текущих условиях.
Для этого задаетсяпостоянный нулевой потенциал ψ в верхнем слое почвы и по формуле Дарсирассчитывается возможный, при данных условиях, объем влаги перешедшийвнижележащийслой.Работапрограммногосредствапорасчетуинтенсивности впитывания оказана на рисунке 4.1.4.2. Моделирование процессов орошенияДля моделирования и расчетов профилей увлажнения при дождеванииикапельноморошенииповерхности, пористостипочвисразличныминачальнойзначениямивлажностинамиудельнойразработанопрограммное средство.Планирование и проведение лабораторных экспериментов позволяетпри моделировании сделать следующие приближения: концентрация солейпренебрежимо мала, твердая фаза почвы не деформируется и не смывается,температура воды в почве и температура поливной воды равны, всасываниеводы корнями растений и испарение малы.4.2.1. Моделирование капельного орошенияЗадача определения контуров увлажнения при капельном орошениитрехмерная, она была сведена к двумерной задаче как цилиндрическисимметричная с расположенной на оси капельницей (рисунок 4.2).Рисунок 4.2 – Цилиндрическая симметрия при расчете капельного орошенияРеализация программного средства расчета контуров увлажнения178осуществлена заданием объема влаги, поступающей в точку (цилиндрвысотой 5 мм и диаметром 5 мм) верхнего слоя за единицу времени.Гравитационный потенциал gΔh при вычислении разности потенциаловпочвенной влаги добавлялся при расчете переноса из слоя в слой и недобавлялся при расчете переноса внутри слоя, где почва разбивалась насистему радиально расходящихся колец.
Вертикальный и горизонтальныйперенос влаги рассчитывался одновременно с помощью решения двухуравнений Дарси и условия, при котором давление почвенной влаги вполучающем воду объеме по модулю не выше давления в теряющем водуобъеме почвы.ПоформуламДарси(37)рассчитывалисьобъемΔVгорвлагиперетекавшей из цилиндрического элемента в более удаленный от осиэлемент и ΔVверт - в расположенный снизу элемент:ΔVгор = KΔp горΔxS бок Δt , ΔVверт = K(Δpверт + ρgΔx)ΔxS осн Δt(4.2.1)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, 1л, 2л) светло серой лесной почвы (Ω0=46,2 м2/г, П0=0,53) со значенияминачальных влажностей w=0,32 и w=0,15 близкими к влажностям спелости изавядания растений представлены на рисунке 4.3В результате исследования эрозионных процессов рассмотренывопросы интенсивности впитывания воды в почву при дождевании икапельном орошении, разработан критерий, связывающий параметрыобразующейся при избыточном поливе сети микроручейков с уклоном иэрозионной устойчивостью почвы.
Разработанное программное обеспечение,которое позволяет в автоматизированном режиме рассчитать профили179увлажнения при дождевании и капельном орошении, что необходимо прирасчете поливных норм и сроков проведения поливов в зависимости отгидрофизических свойств почвы.Рисунок 4.3 – Градиенты потенциалов влагиобъем воды (сверху вниз) 0,5 л, 1 л, 2 л, начальные влажности w=0,32 слева,w=0,15 справа4.2.2. Моделирование орошения дождеваниемЗадача определения профиля увлажнения при дождевании являетсяодномерной, поэтому рассчитывался послойный (50 слоев) перенос влаги столщиной слоя Δh=5 мм (рисунок 4.4). При вычислении разности180потенциалов почвенной влаги в слоях добавлялся гравитационный потенциалgΔh.Рисунок 4.4 – Работа программного средства по расчету профилейувлажнения при дождевании и капельном поливеРеализация программного средства расчета профиля увлажненияосуществлена заданием объема влаги, поступающей в верхний слой заединицу времени, массивов значений пористости, удельной поверхности,начальной влажности для каждого слоя, по которым вычислялиськоэффициенты влагопроводности и давления почвенной влаги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
