Обоснование мелиоративных мероприятий и прогноз мелиоративного режима

Научно обоснованный проектный мелиоративный режим устанавливается серией прогнозных расчетов.

Обоснование принимаемых проектных решений и рецептура мелиоративных мероприятий в курсовом проекте осуществляется путем анализа результатов серии прогнозных расчетов.

Математическая модель влагопереноса и программа «полив»

Обычные водобалансовые расчеты (без описания процесса передвижения влаги в почве) для обоснования мелиоративного режима не пригодны, так как они не позволяют учесть взаимное влияние статей водного баланса, не позволяют оценить такой очень изменчивый показатель, как водообмен между корнеобитаемым слоем и подстилающими его грунтами и грунтовыми водами. Накопленный к настоящему времени объем научной информации, возросшие возможности ее переработки, большой набор математических моделей и возможности современной вычислительной техники позволяют реализовать на практике идею расчета мелиоративных режимов для конкретных природных условий. Такие расчеты, выполненные с использованием достоверных данных, обеспечивают научное обоснование проектных решений.

Для обоснования и прогноза мелиоративного режима в курсовом проекте используется имитационная математическая модель влагопереноса, разработанная А.И. Головановым.

Математическая модель основана на численном решении одномерного дифференциального уравнения влагопереноса, записанного в виде:

, (1)

где: t – время, сут;

H – полный напор почвенной влаги, учитывающий гравитационную и каркасно-капиллярную составляющие, при отсчете напоров от поверхности земли по оси x направленной вниз,

(2)

x - гравитационный потенциал, м;

 - каркасно-капиллярный потенциал - напор, эквивалентный каркасно-капиллярному давлению в зоне неполного насыщения и гидростатическому давлению в зоне полного насыщения, м;

C - коэффициент влагоемкости (Голованов 1975), , ( - кубический метр почвенной влаги или подземных вод),

, (3)

где:  - объемная влажность почвы, .

При изменении влажности от полного насыщения до влажности, соответствующей МГ, между влажностью  и капиллярным потенциалом  принимается следующая зависимость:

, (4)

где: n,m- эмпирические коэффициенты;

- влажность почвы соответствующая максимальной гигроскопичности, ;

m - пористость, ;

K_W - коэффициент влагопроводности, , по А.И. Голованову:

, (5)

где: K_f - коэффициент фильтрации (влагопроводность при полном насыщении), ;

- интенсивность отбора почвенной влаги корнями растений из единичного объема почвы, . Зависит от особенностей развития корневой системы, влажности почвы и энергетических возможностей приземного слоя атмосферы.

При описании передвижения влаги в почве рассматривают только вертикальные потоки, в подземных водах - чаще всего горизонтальные потоки, изменяя структуру уравнения (1).

Уравнение влагопереноса решается методом прогонки. Для решения уравнения влагопереноса (1) должны быть определены начальные условия и заданы граничные условия, регламентирующие область решения, особенности и методы решения. Например, весенние влагозапасы реализуются начальными условиями в виде исходной эпюры влажности расчетного слоя. Атмосферные осадки, поливы и испарение с поверхности почвы задаются переменными во времени граничными условиями. Осадки и поливы учитывают мгновенным приращением влагозапасов в день их выпадения. Граничные условия на нижней границе расчетной области зависят от гидрогеологической обстановки и позволяют учесть работу дренажа, пополнение грунтовых вод за счет фильтрационных потерь, напорное подпитывание, приток грунтовых вод со стороны.

Таким образом, задаваясь начальными и граничными условиями, пределами регулирования влажности, можно рассчитать и проанализировать динамику влагозапасов корнеобитаемого слоя, режим поливов по дефициту естественной увлажненности. В ходе счета оцениваются величина и направление влагообмена, колебание глубин грунтовых вод, объем дренажного стока.

Поля влажности почвы, получаемые в этих расчетах, позволяют описать изменение запасов солей с учетом минерализации поливной воды и грунтовых вод. Это осуществляется путем решения уравнения передвижения солей совместно с уравнением влагопереноса.

В результате расчетов можно оценить динамику состава поглощенных оснований и осолонцевание почвы, минерализацию дренажного стока.

Количественные характеристики показателей мелиоративного режима, полученные в результате расчетов позволяют оценивать эколого-экономическую эффективность проектируемых осушительных мероприятий их влияние на окружающую среду в конкретных условиях в конкретном году. Эта модель позволяет также определить путем подбора многолетний оптимальный вариант регулирования водного режима.