Методы изучения водного баланса птк

В отличие от Гидрометеослужбы изучение водного баланса ПТК основано на представлении о том, что гидрологический режим и водный баланс ПТК является результатом совместного действия всех влияющих факторов, среди которых главная роль принадлежит почве – среде, где метеорологические факторы и процессы трансформируются в гидрологические процессы.

Формула водного баланса:

r – (u + s) – (e + t) = ± w

r – осадки (приходная статья)

u – грунтовый сток

s – поверхностный сток

e – физическое испарение

t - транспирация

±w – накопление или потеря влаги в ПТК

За много лет разность между приходом и расходом влаги не равна 0, то есть ландшафт либо иссушается, либо увлажняется.

В состав всего комплекса наблюдений за элементами водного баланса и факторами, их определяющими, входят измерения атмосферных осадков (жидких и твердых), промерзания и оттаивания почвы, хода снегонакопления и снеготаяния, склонового стока, мутности стекающей воды, водного режима почв, температуры и влажности почвы, испарения и биологических характеристик в период вегетации.

Элементы водного баланса измеряются на специально оборудованных стоковых площадках и в малых логах.

Стоковая площадка – изолированный участок ПТК, огражденный с боков земляными валиками высотой 20-30 см и водоотводными каналами такой же глубины. В нижней части площадки находится водоприемное устройство – лоток. Стоковые площадки должны быть большими, соизмеримыми с длиной склона. Это позволяет создать условия, при которых не нарушаются гидрологические процессы, и вместе с тем можно проводить обычные сельскохозяйственные работы. Малые лога оборудованы водосливными плотинами.

Непосредственно в поле измеряются расходы воды в течение всего периода снеготаяния через 2 часа, а в случае быстрого изменения расходов воды – через 30 мин. В эти же сроки отбираются пробы воды для определения мутности. Все остальные характеристики твердого и жидкого стока (расход взвешенных наносов, коэффициент стока, модуль стока, слой стока и др.) получают расчетным путем.

Изучение снежного покрова выделено в особый раздел, поскольку снежный покров вносит существенные изменения в водно-тепловой режим поверхности. Задача – выявить и количественно оценить основные режимные характеристики снежного покрова в различных ПТК: продолжительность, динамика снегонакопления, величина снегозапаса, высота снежного покрова, плотность снега, структура снежной толщи. С этой целью проводятся снегомерные съемки в течение всего периода формирования снежного покрова на стоковых площадках и логах, а также маршрутные снегомерные съемки с помощью весового снегомера и снегомерных реек.

Промерзание и оттаивание почвы определяется с помощью мерзлотомеров Данилина, установленных стационарно на объектах наблюдений. Измерения поводятся раз в декаду и ежедневно после начала снеготаяния. В течение всего осенне-зимнего и весеннего периода снеготаяния измеряют температуру почвы.

В дальнейшем накопленная весной влага постепенно расходуется в течение вегетационного периода, поэтому важны наблюдения за влажностью почвы.

Существует две группы методов определения влажности почвы.

1. Определение влажности образцов. Пробы отбираются почвенным буром через 10 см до глубины 1 м, а далее через 25 см до глубины 3 м в 6-9 кратной повторности на сельскохозяйственных полях и в 3-х кратной повторности в естественных ПТК. Пробы взвешивают, сушат в термостате и снова взвешивают. По разности сырой и сухой почвы рассчитывают влажность. При количестве площадок 35 число проб достигает 20 тыс. в год. До 1969 г. этот термостатно-весовой метод был основным.

2. Определение влажности почв в естественном состоянии (без отбора образцов). Его преимущества: можно измерять постоянно в одной точке, на любой по величине площади, с меньшей затратой сил и времени. Осуществляется с помощью нейтронных измерителей влажности почв на основе гамма-излучения. На каждой стоковой площадке бурят 4 скважины, которые армируются пластмассовыми трубами. Глубина скважин 3 м, то есть они захватывают всю зону активного сезонного водообмена.

Структура всего водного баланса ПТК зависит от процесса впитывания воды в почву. Для определения качественных и количественных характеристик просачивающейся в почву влаги используют метод невзвешиваемых изолированных лизиметров. Лизиметрическая площадка площадью 1 кв. м, на которой вырезают почвенные монолиты глубиной 0,5, 1,0, 1,5 и 2, 5 м , не нарушая структуру почв. Их изолируют со всех сторон фанерно-битумными стенками, а снизу устанавливают металлические поддоны. Поддоны соединены резиновыми шлангами с измерительными сосудами, для которых в центре площадки сооружена специальная приемная ниша на глубине 3 м. Наблюдения проводятся после установления снежного покрова, в период таяния и после дождей. Если дождей нет, то раз в месяц.

Летом и осенью ведутся наблюдения за жидкими осадками: за их продолжительностью, интенсивностью, количеством над пологом растительного покрова и под ним. Приборы: плювиограф, осадкомер Третьякова, ямочный осадкомер. Осадки под пологом растительного покрова измеряются с помощью микродождемеров. Это стеклянные воронки площадью 100 кв. см, вставленные в банки с узким горлом. Перехват осадков растительным покровом определяется как разность между показаниями ямочного дождемера и каждого микродождемера (мм или %).

Для измерения испарения строятся специальные испарительные площадки 20 х 20 кв. м, на которых применяется весовой метод. В центре площадки устанавливается кран для подъема почвенных монолитов (испарителей). По окружности устанавливают 6 испарителей на расстоянии не менее 2 м. Монолиты врезают до глубины 3 м. На площадке устанавливают так же 2 дождемера и градиентную мачту для измерения метеопараметров (температуры воздуха, скорости ветра и влажности воздуха). Взвешивают испарители на механических весах с точностью до 5 г.

Суммарное испарение определяется по испарителям, которые взвешиваются вместе с растениями, а с поверхности почвы – со срезанными растениями. Для создания тени на почве срезанные растения подвешиваются на специальных сетках, имитируя условия, близкие к естественному затенению. Взвешивают 1 раз в 5 дней. За период вегетации монолиты меняют 2-3- раза. Разность между суммарным испарением и испарением с поверхности почвы дает величину транспирации.

Наблюдения за грунтовыми водами проводятся по стационарным скважинам.

Полученные фактические и расчетные характеристики структуры водного баланса представляют в виде таблиц и графиков.