Теоретическое обоснование влаго- и солепереноса на орошаемом участке при наличии дренажа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретическое обоснование влаго- и солепереноса на орошаемом участке при наличии дренажа

Ф. Шомуратова

Исследования по повышению эффективности использования оросительной воды на рисовых чеках фермерского хозяйства, заключающиеся в разработке водосберегающего режима орошения риса на фоне угнетения их сорной растительностью и равномерного распределения воды по поверхности чеков, являются актуальными - для Республики Узбекистан, где предусматривается сохранение посевов риса на уровне 137…140 тыс. га и доведение валового сбора не менее, чем 627,5 тыс. тонн при средней урожайности 45 ц/га. Взаимосвязью динамики минерализации воды со слоем затопления, водоподачей, дренажным стоком, сбросами занимались многие исследователи /Зайцев В.Б., 1975; Андрюшин М.А., 1977; Попов В.А., 1978; Вершинин А.П., 1972; Величко Е.Б., 1965, 1983; Масягин Е.П., 1976; Тулякова З.Ф., 1978; Быков Г.Я., 1972; Когай М.Т., 1984; Бараев Ф.А., 1978, 1982, 1984, 2004 и др./.

Наиболее интересная модель динамики минерализации воды в чеке представлена в книге Кибальникова С.В. /1985/

Cч =

где Сч - средняя минерализация воды в чеке за интервал времени ; Сч.о. - начальная минерализация воды в чеке; qm и Cm - расход и минерализация воды, поступающий в чек из оросителя; Сг.в. - минерализация грунтовых вод вблизи поверхности почвы (в плоскости смыкания их с поверхностными водами); h - глубина слоя затопления; qс и - расходы поверхностного сброса и фильтрации воды с чека; D - коэффициент диффузии; V - объем воды в чеке;

D = К Т 0 ;

К - постоянная Больцмана, К = 1,38 10-16 эрг/град.; Т 0 - абсолютная температура по Кельвину; r - радиус молекулы вещества в растворе.

Следующая формула получена из уравнения солевого баланса вида

где J - диффузия растворимых солей из почвы в воду на поверхности чека, оросительный рисовый водосберегающий

J = -DdC / dh; dC / dh -

вертикальный градиент минерализации солей в воде вблизи поверхности почвы, приближенно

.

Из формулы нетрудно заметить, что она при qc, , и 2, равных нулю, теряет определенность, поскольку трансформируется в выражение

или Сч = Сч.о, что неверно.

На самом деле минерализация воды в чеке увеличивается по закону

qn - расход воды на испарение. При qn = 0, Сч = Сч.о и

qn V, Сч = Сm + Сч.о.

Помимо указанной погрешности, в формуле не нашли места такие важные статьи солевого баланса, как приток солей на поверхность чека из подземных вод, приток солей при повторном использовании коллекторно-дренажных вод на орошение; а отток солей за счет фильтрации показан весьма скрыто; несомненно следовало дифференцировать эту статью по таким показателям, как дренажный сток, транспирация, подземный отток.

Фильтрационный и солевой потоки в процессе поливов затоплением и при наличии дренажа будут, строго говоря, двумерными в вертикальной плоскости, хотя эта двумерность в некоторых случаях выражена слабо. Расчет движения воды и солей в почвогрунте с учетом двумерности потоков связан с большими математическими трудностями. Расчет солевого режима в зоне аэрации можно выполнить, приняв следующие допущения. Просачивание воды в зоне аэрации и движение в этой зоне солей можно с достаточной точностью считать происходящими по вертикали.

При подстилании покровного пласта небольшой мощности с тяжелыми грунтами водоупорным горизонтом орошаемое земледелие требует дренирования земель частым дренажем. В этом случае целесообразен закрытый горизонтальный дренаж с небольшим междренажным расстоянием. Такие условия наблюдаются во многих областях центрально-азиатских республик. При густой сетке закрытых горизонтальных дрен на массиве линию расположения дрен можно заменить линией заданного напора, соответствующего напору в дренах hдр. Скорость фильтрации в толще, заключенной между дневной поверхностью и линией расположения дрен, будет направлена по вертикали и равна

, (1)

где - глубина заложения дрен; hдр - напор на дренах; h0 - глубина воды в чеках; для удобства обозначим через , то есть .

1. В данном случае задача солевого прогноза в почвогрунтах сведется к решению одномерного уравнения вида

, (2)

при следующих краевых условиях

; (3)

; (4)

, (5)

где С(x,z,t) - весовое количество солей в растворе зоны аэрации, г/л; С 0(x,z) - то же в начальной момент (t=0); Сn - концентрация той же соли в поливной воде; n - эффективная пористость; Д - осредненное значение коэффициента конвективной диффузии; здесь координата х входит как параметр. Фиксировав его х=х 1=const, определим в этом сечении концентрацию солей по глубине Z и во времени.

Окончательное решение задачи имеет вид [1]

(6)

где

;

- корни трансцендентного уравнения вида

, (7)

-

критерии Пекле,

При С 0(х,z) = С 0 = const из (6) получим

, (8)

где

- критерии Фурье.

Безразмерные критерии Пекле, Фурье не зависят от линейных размеров и характеризуют степень относа вещества от места растворения.

Условие (4), впервые предложенное Г. Бреннером, выражает баланс солей во входном сечении потока. Расход солей, поступающих в почву вследствие фильтрации VCn, равен расходу солей на поверхности почвы, формирующемуся в результате диффузии и фильтрации поливных вод.

Условие (5) впервые сформулировал Н.Н. Веригин. При этом он принял, что скорость движения воды и солей в расчетном сечении одинакова, поэтому градиент концентрации равен нулю.

2. При большой концентрации солей грунтовой воды и пренебрежимо малом её изменении, даже после поступления воды из покровного слоя, вместо условия (5) принимают условие

, (9)

где Сгр - концентрация солей грунтовой воды.

Решение уравнения (2) при краевых условиях (3), (6) и (9) имеет вид [1]

(10)

Где

,

-

корни уравнения

.При С 0 (x,z)=C0=const и Сгр= const из (10) получим

(11)

где - корни уравнения

.

3. Процесс движения солей стабилизируется, и его можно считать стационарным.

Тогда уравнение движения солей в пористой среде при хорошо растворимых солях или малом их содержании в твердой фазе будет

. (12)

За скорость фильтрации V примем следующую зависимость

, (13)

где - интенсивность фильтрации поливных вод; - интенсивность транспирации и испарения, соответственно;

 -

глубина распространения корней, в м;

-

критическая глубина, начиная с которой происходит испарение; величина показателя может быть различной и будет зависеть от вида и фазы развития культивируемого растения.

Решим уравнение (12), принимая в выражении скорости (13) равной нулю. При этом примем линейный закон отбора влаги корнями растений на транспирацию ().

Тогда . (14)

Уравнение (12) решаем при следующих граничных условиях:

; (15)

. (16)

Решение уравнения (12) при граничных условиях (15), (16) имеет вид

,

где

- интеграл вероятности;

.

На основании этих зависимостей можно на ЭВМ разработать численную реализацию целей задачи.

Размещено на Allbest.ru