Автореферат (1151762), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При установлении тесноты связей сумм осадков задождевой период между пунктами наблюдений было уделено особое вниманиекластеризации генетически однородных дождевых периодов. Для учета формыосадков была предложена методика установления граничных температур помесяцам.При формировании блока моделирования за основу была принята физикостатистическая модель эрозии почв при весеннем снеготаянии Г.А.
Ларионова(1993). Однако в данной модели учитывается общий слой склонового стока, чтоснижает точность расчетов. Многочисленными авторами (В.П. Герасименко,1995; А.Т. Барабанов; 1993, В.В. Жилко, 1991 и др.) отмечено, что смыв почвыосуществляется только водой, стекающей после появления проталин в определенных условиях температурного режима и влажности почвы. Указанная модель была адаптирована к условиям изучаемого объекта с учетом фактическихусловий формирования весеннего склонового стока.Прогнозирование поверхностного склонового стока, вызывающего смывпочв, произведено на основе системы моделей: модели формирования снежногопокрова и снеготаяния (Университет Карлсруэ, ФРГ), которая включает расчетводоотдачи из снега на элементарном участке склона (на основе коэффициентов стаивания) и учет проседания снега по методу Ф. Бертле и модели аккумуляции талых вод (Е.Г. Гусев, 2003).Анализ исследований (С.В.
Ясинский, Е.Г. Гусев, И.Л. Калюжный, Г.П.Сурмач и др.) показал, что формирование склонового стока происходит в условиях с образованием и без образования запирающего слоя. В качестве основнойхарактеристики мерзлой почвы в данной работе принят комплексный показатель образования запирающего слоя, преложенный С.В. Ясинским, Е.М. Гусевым (2003):В = ξW20,(1)3где ξ - глубина промерзания почвы, см; W20 -влажность верхних 20 см, см /см3.Критерием образования запирающего слоя служит условие:B>В*>25,(2)где В* - критическое значение при превышении которого происходит образование запирающего слоя.При наличии запирающего слоя макcимум смыва почвы приходится наглавную фазу снеготаяния со среднесуточной температурой воздуха + 3…5°С,когда поверхность почвы оголяется на 50-75% (Е.В. Окулик, 2006).
Верхнийслой почвы оттаивает, находится в переувлажненном состоянии и легко смывается потоками талой воды по мерзлому слою почвы. При отсутствии запирающего слоя объем впитавшейся в почву воды (за счет водоотдачи из снежногопокрова и выпавших осадков) за сутки (Iвпит) не превышает:Iвпит =0,5KмΔt,(3)где Δt – расчетный период, 24ч; 0,5 – коэффициент зависимости водоотдачи отвремени суток; Км- коэффициент фильтрации мерзлой почвы с учетом ее льдистости (по В.И. Кулику, 1978). Алгоритм моделирования весеннего склоновогостока представлен на рисунке 4.11PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comНачалоT, Nос,W20, ξ, nIпот.водоот = 0нетT°C>0Iпот.водот = kcToCIпот.водоот > Wтв+Nос.твдаIводоот = Wтв+Nос.твIводоот = Iпот.водоотN H * * + ос.твPDNначос.тв − IH* = H** +начводоот WPD+Nтвос.твначПрогноз накопления,оседания и водоотдачииз снежного покрова научастке склона (ячейки)PW (%) = 100 (Wтв /Wобщ)PH(%)=147,4-0,474*PWH**=(PW/100)H*PD=Wобщ /H**даPD>0,4Iобщ водоот = Iводоот+Nос.жIобщ.водоот = Iводоот+Nос.ж (1-exp(-PD/04)4)В = ξW20B>25cмt°C<3Iвпит=0данетда3<t°C<5t°C>5Iвпит >Iобщ.
водоотдаIвпитданетhпов. ст = 0Прогноз величины слояповерхностного склонового стокана участкесклона (ячейки)h пов.ст = (Iобщ водоот- Iвпит)ΔtКонецРисунок 4 - Блок-схема расчета по модели талого склонового стока12PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comНа первом этапе моделирования на основе информации о температуревоздуха и количестве осадков рассчитывается накопление снега на участкесклона.
Затем определяется глубина промерзания почвы и критерий образования запирающего слоя. Для условия перехода среднесуточной температурывоздуха в положительную область значений для всех участков склона последовательно рассчитывается динамика водоотдачи, аккумуляция талых вод и слойсклонового стока для всех дней снеготаяния.Прогнозирование эрозионных потерь почвы выполняется на основаниисценария назначения агромелиоративных мероприятий на склоновых землях;алгоритм расчета смыва почвы представлен на рисунке 5.НачалоВвод данных для координатного узлаhпов.ст, k, l, i, Kэр, Kэкс, Kсм, Wдоп,Для координатного узлаВычисление [I], [L]Для склонаЗадача сценария: агрофон, агротехникаВычисление Wт, т/гаВизуализациянетWт<0,7WдопКонецРисунок 5 - Блок-схема алгоритма сценарных исследований.Условные обозначения к рисункам 4 и 5:T– среднесуточная температура воздуха,°C; Noc – суточные суммы осадков, мм/ Δt(Noc.ж – осадки в виде дождя, Noc.тв – осадки в виде снега); kc – коэффициент стаивания, мм/oС; n – пористость почвы, W20-влажность 20 см почвы, см3/ см3; ξ - глубинапромерзания почвы, см; Iводоот.
пот - потенциальная интенсивности снеготаяния, мм/сут;Wтв - водный эквивалент сухой части снега, мм; Iводоот - реальная интенсивность снеготаяния, мм; Wобщ - общий водный эквивалент снежного покрова, мм; H* - высотаснежного покрова до осаждения, мм; H**- высота снежного покрова после осаждения, мм; PD – плотность наслоения снежного покрова, г/см3, Δt – расчетный интервал,24 ч; hпов.ст – слой поверхностного стока, мм; k – номер 100 - метрового отрезка; l –расчетный отрезок склона (100м); i – уклон расчетного отрезка, град; Kэр - коэффициент учитывающий эродируемость почвы, т/га; Kэкс – коэффициент, учитывающий экспозицию склона; Kсм – коэффициент, учитывающий смытость почвы, [I] = f(i),13PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com[L]=f(hпов.ст, k, l)– расчетные параметры длины и крутизны склона (зависимость Г.А.Ларионова); Wт = [I]·[L]·Kэкс·Kсм· - смыв почвы на расчетном отрезке склона; Wдоп допустимый смыв почвы, т/га (по Ю.П.
Сухановскому, 2004).Результатом информационной технологии ППР является прогнозирование эрозионных потерь почвы в период весеннего снеготаяния и выбор комплекса противоэрозионных агромелиоративных мероприятий.В четвертой главе представлены результаты разработанной информационной технологии ППР для водосборного бассейна р. Любожихи.В основу ГИС исследуемого бассейна положен картографический материал, включая топографическую карту масштаба 1:10000 с сечением горизонталей 2 м, почвенную карту - 1:10000, аэрофотоснимок разрешения 1 м.
На основе предложенной методики в программной среде ArcGIS 9.2 построена цифровая модель территории, привязанная в географических координатах к местности. Каждому точечному объекту (рисунок 6) соответствует набор осредненной информации о характеристиках рельефа ячейки, водно-физических показателях почв, динамики температуры воздуха и почв, количестве осадков. Даннаяинформация затем используется системой моделей, реализованных в программеMatLab2007b. Результаты расчетов “направляются” в базу данных и затем визуализируются с использованием ГИС.iРисунок 6 – Фрагмент цифровой модели территории с таблицей значенийдля выделенной точкиДанные о физических и химических свойствах почв, запасах воды в снежном покрове, динамике промерзания почвы, водопроницаемости серой леснойпочвы в зависимости от агрофона и агротехники принимались согласно исследованиям М.П.
Волокитина, А.С. Керженцева (ИФПБ РАН, Пущино).14PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comМассив метеоинформации за 2003-2005гг., необходимой для расчетов,сформирован на основе данных о среднесуточном количестве осадков и температуре воздуха по метеостанции г.Пущино (ПРАО ФИАН). При отсутствииданных, использовалась методика их пересчета по данным метеостанции Приокско-Террасного биосферного заповедника (СКМ ПТБЗ), г. Москвы и г. Тулы(рисунок 7).30События, выбранныедля расчетовКоличество осадков, мм252015105010.09.200217.09.200224.09.200201.10.200208.10.200215.10.200222.10.200229.10.2002ДатаСКФМ ПТБЗМоскваТулаРисунок 7 – Определение суточных сумм атмосферных осадков при отсутствии данных по метеостанции в Пущино (сентябрь – октябрь 2002 г.)Анализ результатов многолетних метеорологических наблюдений за температурой воздуха и осадками СКМ ПТБЗ позволил выявить граничные температуры для определения перехода между формами осадков.
Граничная температура между твердыми и жидкими осадками составляет 1°С, между смешанными формами - 0,70°С.Сформированный и распределенный на плоскости массив метеоинформации представляет собой входные значения для моделирования накопления истаивания снега для каждой ячейки.Модель снеготаяния была адаптирована для условий Южного Подмосковья.
Для калибровки коэффициентов стаивания были привлечены данные осреднесуточном объеме речного стока в замыкающем створе бассейна за 20022005 гг. и фрагментарные данные о высоте снежного покрова и его плотности(ИФПБ РАН).При установлении коэффициентов стаивания, использован критерий:Qводоот .( транс )(4)= const ,Qпов .( пик )где Qводоот.(транс) - водоотдача снежного покрова, после наложения единичногогидрографа м3/сут; Qпов(пик) – поверхностный речной сток в области пика гидрографа, м3/сут.15PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.comОпределение кривой добегания (единичного гидрографа) производилосьна основании разработанной методики по натурным данным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
