Для ветровой эрозии

В основу практических расчетов, связанных с распределением усредненных продоль-

ных скоростей воздушного потока (далее просто - скоростей) по вертикали, применяют лога-

рифмическую зависимость Z o - расстояние от поверхности почвы, на котором скорость воз-

душного потока предполагается равной нулю, м. Оно связано с высотой неровностей на по-

верхности: чем выше неровности, тем сильнее тормозится воздушный поток, тем больше zo.

В связи с этим величину zo назвали параметром шероховатости почвенной поверхности для

ветрового потока.

Поскольку параметр шероховатости является характеристикой аэродинамического со-

противления поверхности, то он зависит от величины и состояния неровностей этой поверх-

ности, т.е. от величины выступов на поверхности почвы, представленных почвенными агре-

гатами, гребнями борозд и выбросами землероев, при условии отсутствия растительности.

При наличии растительности величина Zo в 7 – 300 раз меньше средней высоты расте-

ний. Такой большой разброс значений коэффициента указывает на то, что параметр шерохо-

ватости зависит не только от высоты растений или леса. Он, обусловлен очевидно, от полно-

ты насаждений, его формы, биологическим видом растительности, ее возрастом или фазой

развития.

Формирование стока поверхностных вод

Понятия – водораздельная линия, водосборная площадь, бассейн.

Для понимания данного раздела необходимо иметь общее представление о водосбор-

ном бассейне.

Водораздельной линией (или водоразделом) называется линия проходящая по наивыс-

шим абсолютным точкам местности. От водораздела поверхностные воды стекают в разные

стороны. Площадь ограниченная водораздельной линией, называется водосборной площадью

или водосбором. Грунтовые воды, как и поверхностные, стекают в данный водоем с опреде-

ленной площади, называемой водосбором грунтовых вод. Он также ограничен водораздель-

ной линией, проходящей по наивысшим точкам водоупорного слоя грунта, однако выявить

ее бывает очень трудно. В связи с этим в гидрологии введено понятие «бассейн», под кото-

рым понимают площадь, с которой стекают поверхностные и грунтовые воды. Эта площадь

приравнивается к площади водосбора поверхностных вод, при этом пренебрегают несовпа-

дением водораздельных линий этих водосборов.

Чтобы очертить на топографической карте водосбор оврага, балки или реки, необходи-

мо провести линнию водоразделв из их устья замыкающего створа, перпендикулярную го-

ризонталям и проходящую между одноименными горизонталями, и замкнуть ее на другом

конце замыкающего створа.

Элементы баланса воды для бассейна

Уравнение водного баланса для бассейна за данный промежуток времени можно запи-

сать:

X = y + a + b,

Где x – объем выпавших осадков, y - объем поверхностного стока, b – объем воды по-

шедший на изменение запаса воды в бассейне (изменения уровня грунтовых вод, объема во-

доемов, влажности почвы). 11

Отношение объема поверхностного стока к объему выпавших осадков называется ко-

эффициентом стока : = y/x.

При одинаковом количестве осадков коэффициент стока зависит главным образом, от

водопроницаемости почв и грунтов. Обычно тяжелые по гранулометрическому составу поч-

вы имеют меньшую водопроницаемость по сравнению с легкими. Почвы с уплотненными

горизонтами также обладают низкой водопроницаемостью.

Большое значение для водопроницаемости почв имеет водопрочность их структуры,

зависящая от содержания и качественного состава гумуса, состава обменных оснований и

других факторов.

Растительность также оказывает многообразное влияние на водопроницаемость. Над-

земная часть растений предохраняет поверхность почв от разрушения прямыми ударами до-

ждевых капель, а корневая система повышает водопрочность структуры почвы, и после от-

мирания оставляет в почве пустоты и микропустоты, по которым вода быстро проникает

вглубь почвенного профиля. Поэтому естественные лугово-степные ландшафты и лес, обла-

дают исключительно высокой водопроницаемостью и, следовательно, малыми объемами по-

верхностного стока.

Для обрабатываемых почв большое значение имеет глубина, направление и вид обра-

ботки.

Таблица. 3

Коэффициент стока при дождях

Почвы Суточный слой осадков, мм

80 100 1

120

1

140

1

160

Дерново-подзолистые и серые

лесные; черноземы суглинистые

0

0, 35

0

0,37

0

0,40

0

0,47

0

0,51

Черноземы обыкновенный и юж-

ный, каштановые почвы на лессах

0

0,20

0

0,24

0

0,28

0

0,33

0

0,37

Бурые и серо-бурые почвы серо-

земы супесчаные и песчаные

0

0,15

0

0,19

0

0,23

0

0,31

0

0,34

Величина коэффициента стока зависит также от крутизны склона. Чем круче склон, тем

больше скорость стекания и, следовательно, меньше время взаимодействия почвы с данной

порцией воды. Поэтому с увеличением крутизны склона коэффициент стока возрастает.

Величина коэффициента стока зависит и от длины склона. Ее увеличение, при прочих

равных условиях, приводит к уменьшению (редукции) стока прежде всего в связи с увеличе-

нием доли поверхности занятой водой и участвующей во впитывании.

Коэффициент стока при весеннем снеготаянии зависит от водопоглотительной способ-

ности мерзлых почв, которая определяется количеством свободных не занятых льдом пор.

Последнее зависит от исходной пористости почв, сложения пахотного горизонта, осенней

влажности, степени и глубины промерзания почв. Кроме этого объем весеннего стока обу-

славливается запасами воды в снеге, характером погоды при снеготаянии.

Таблица 4

Коэффициент весеннего стока для некоторых районов России

Районы Угодье

Озимые Зябь Мн.

Травы

Центральный 0,5 - 0,8 0,4 – 0,6 0,6 - 0,85

Центрально-

черноземный

0,5 – 0,75 0,3 – 0,5 0,6 – 0,8

Поволжский 0,4 – 0,6 0,1 – 0,3 0,5 – 0,712

Западно-

Сибирский

0,5 – 0,6 0,45–0,6 0,7 – 0,85

Многофакторная зависимость коэффициента поверхностного стока весной отражена в

цифровых показателях таблицы.

Поверхностный сток с определенной водосборной площади за какой-либо промежуток

времени, называется суммарным объемом стока обозначается – М и выражается в литрах,

кубических метрах или км.

Сток с бассейна за одну секунду называется расходом стока обозначается – Q.

Слой стока h – это суммарный объем стока М (м

3

) разделенный на площадь водосбора

F (км

2

), измеряется в мм;

Величина стока с единицы водосборной площади называется модулем стока и обычно

измеряется в литрах в сек. с 1 га ( л/ [с.га]) обозначается q.

Среднее многолетнее значение стока называется его нормой и может выражаться его

средним расходом, слоем и модулем. Поскольку наиболее удачным для картографирования

является модуль стока, его величину, отнесенную к центру тяжести водосборной площади,

наносят на карту и вычерчивают карту изолиний норм стока. По такой карте легко можно

определить средний многолетний объем годового стока с определенной территории.

Изменчивость стока.

При проектировании противоэрозионных сооружений и мероприятий недостаточно

знать средние показатели стока, так как при расчете гидросооружений на средние значения

объемов стока, они не справятся с безопасным сбросом стока при выпадении более крупных

ливней, чем средние. Поэтому противоэрозионные сооружения рассчитывают на максималь-

ный сток, который может встретиться один раз в некоторое число лет, т. е. вводится понятие

обеспеченности стока (или вероятности превышения). Обеспеченностью сока называется

частота появления стока расчетной величины ( или превышающей расчетную) на протяже-

нии длительного отрезка времени. Обеспеченность принято выражать в процентах. Если сток

бывает не менее заданной величины десять раз в 100 лет, то обеспеченность составляет 10%;

если 5 раз в 100 лет, то 5% и так далее.

Для проектирования гидротехнических противоэрозионных сооружений и мероприя-

тий выбирается обеспеченность 5-10%, а для лесомелиоративных и агротехнических – 10-