Морозов
А.Н
ПАРАМЕТРЫ ПРИНЯТЫЕ В МОДЕЛЯХ ДЛЯ
РАСЧЕТА ВСР.
Для прогноза состояния почв при соблюдении ограничений,
диктуемых агротехникой возделывания тех или иных сельскохозяйственных
растений, должны быть заданы параметры входной информации, параметры
моделей влаго-солепереноса и параметры модели управления режимом поливов.
Имеющиеся вспомогательные программы позволяют создать
в диалоговом режиме файл исходных данных используя осредненные параметры
для принятого почвенно-мелиоративного районирования, который после
целевого корректирования может быть использован в прогнозах.
К
параметрам входной информации относятся :
- почвенно-мелиоративные
и климатические показатели объекта относительно стабильные во времени
и принимаемые неизменными для периода прогноза;
- показатели
исходного состояния почв, трансформирующиеся в процессе прогнозов;
- техническая характеристика гидромелиоративной системы
(фактическая или расчетная);
-
требования сельскохозяйственных культур к условиям произрастания,
обеспечивающие получение заданного уровня урожайности.
Модели
прогноза состояния системы должны быть обеспечены параметрами, позволяющими
с достаточной точностью имитировать природные процессы.
В модели
влагопереноса к таким параметрам относятся:
-
коэффициенты фильтрации и константы, определяющие зависимость влагопроводности
от влажности;
-
параметры, характеризующие емкостные свойства почв и потенциал влаги
в почве;
-
константы, определяющие интенсивность испарения и транспирации растениями
в зависимости от влажности почвы.
В модели
солепереноса должны быть определены параметры, определяющие коэффициент
гидродинамической диффузии солей :
- коэффициент
молекулярной диффузии солей;
- коэффициент
дисперсии солей.
Для
модели контроля состояния почв и управления режимом поливов необходимо
определить:
-
глубину корнеобитаемого слоя в различные фазы развития растений
допустимые значения суммарного потенциала влаги в почве по тем же
фазам;
-
сроки начала и конца поливного периода;
-
коэффициенты снижения урожайности при стрессовых условиях.
По своему
характеру упомянутые в приведенном перечне параметры могут быть условно
разделены на три группы:
- -
достаточно универсальные, не требующие дополнительного изучения;
- -
региональные, характерные только для изучаемого региона;
- -
относящиеся к какому-либо рассматриваемому случаю, определяемые
каждый раз особо.
Остановимся
на рассмотрении параметров, необходимых для функционирования модели.
Входная информация будет подробно освещена в конце раздела.
Очень
важным параметром в модели влагопереноса является коэффициент влагопроводности
почв, изученный очень слабо для почв региона. Зависимость этого коэффициента
от влажности, обобщенного по данным ряда авторов (I.R.Pilip,1975;
R.Z.Kurze, Don Kirkham,1962; В.Н.Чубаров,1972; У.Дж.Стейпл,1972; И.С.Пашковский,1973;
А.Н.Морозов и др.,1975) оказалось возможным принять в модели по формуле
С.Ф.Аверьянова (1978). Согласно его зависимости, K(q) определяется коэффициентом фильтрации (Кф),
пористостью (m), влажностью завядания (ВЗР) и показателем степнни
n= 3,56. Нами показатель степени n подбирался в диапазоне 2...7 таким
образом, чтобы обеспечить наилучшую аппроксимацию опытных данны, исходя
из свойств почвообразующей породы.
Значения
пористости и влажности прекращения передвижения влаги в жидком виде
были приняты на основании обобщения результатов ряда работ и изучения
водных свойств почв, а значения показателя n, как говорилось выше,
подбирались исходя из соответствия прогнозного режима влажности почв
наблюдаемому в натурных условиях и соответствия расчетных кривых К(q);
рF(q)- опытным.
В качестве
расчетных показателей коэффициентов фильтрации (Кф) использованы осредненные
значения, рекомендуемые в работе Б.Я.Неймана (1974), для грунтов различного
гранулометрического состава объектов орошения Каршинской, Голодной
степи и других районов Узбекистана.
Зависимость
капиллярно-сорбционного потенциала воды в почве от влажности принята
на основании обобщения ряда работ А.Н.Морозов, (1973), В.Ф.Сафонов,
А.Н. Морозов, (1975), А.Н.Морозов и др.,1975) эта зависимость определялась
(на ветви иссушения) методом мембранного пресса в диапазоне давлений
от 0 до - 0.7 атм., в диапазоне от -0.7 до -16 атм. гигроскопическим
методом (А.М.Глобус,1969), а выше - устанавливалась расчетным способом
(Б.Н.Мичурин, 1975).
Доступность
почвенной влаги, как указывалось выше, оценивалась по ее суммарному
потенциалу. Осмотическая составляющая рассчитывалась по зависимости:
Pc(z)
= P(z) + 0.36 * C(z)
Где: P(Z)
- капиллярно-сорбционный потенциал в почвенной влаге;
C(Z) -
минерализация почвенного раствора.
Критические
значения суммарного потенциала влаги в почве (для определения сроков
полива в модели контроля состояния почвенного корнеобитаемого слоя
и управления режимом поливов) установлены путем расчетов по опытным
данным С.Н.Рыжова, Н.И.Зиминой (1971); С.Н.Рыжова, (1973). По установленным
нами кривым pF = f(q) были определены значения капиллярно-сорбционного
потенциала влаги в почве (не изучавшиеся в опытах) и просуммированы
с фактическими, полученными в этих опытах значениями осмотического
потенциала (давления), измеренными при наименьшей влагоемкости и приведенными
нами к предполивной влажности, равной 0.7 НВ.
Как свидетельствуют
результаты этих расчетов, значение критического потенциала влаги в
почве находится для хлопчатника в диапазоне 4-6 атм. и практически
не зависит от состава солей и фона удобрений. При низкой обеспеченности
питательными элементами избыточная концентрация почвенных растворов
даже приводит к некоторому относительному повышению урожайности.
График
изменения глубины почвенного слоя для разных фаз развития сельскохозяйственных
культур определяются по литературным данным.
Параметры
к зависимости для расчета суммарного испарения были приняты следующие:
-
влажность практического прекращения испарения (ВИ), близкой к влажности
необратимого завядания растений pF = 3,7 или Р ~ 5 атм.;
-
наименьшая влагоемкость (НВ) определялась при этом как влажность
при pF = 2,5, или Р = 0,2 атм.(Р.Слейчер,1970);
-
коэффициент b(t), отражающий особенности суммарного испарения различных
сельскохозяйственных культур, принят с учетом работы Д.Ф.Солоденникова
(1981). В табл. 1 даны значения этого коэффициента для хлопчатника;
-
величина испаряемости с водной поверхности (Ес) рассчитывалась по
известной формуле Н.Н.Иванова (1954) с поправкой Л.А.Молчанова (1955):
где: t
- среднемесячная температура воздуха (С);
а - среднемесячная
относительная влажность воздуха, (%).
Таблица
1 Значения коэффициента b(t),принятого для расчетов суммарного испарения.
Для определения
транспирации растениями значение доли физического испарения от суммарного
(a(t)) было принято для хлопчатника с учетом данных ряда авторов (С.Н.Рыжов,1948;
А.Р.Константинов,1963).
В модели солепереноса используется коэффициент гидродинамической
дисперсии (D). В реальных условиях миграция солей происходит при относительно
большой дисперсионной составляющей (D*v) коэффициента конвективной
диффузии в сравнении с коэффициентом молекулярной диффузии (Do):
Do < = D*v; D ~ D*v
В модели солепереноса используется коэффициент гидродинамической
дисперсии (D). В реальных условиях миграция солей происходит при относительно
большой дисперсионной составляющей (D*v) коэффициента конвективной
диффузии в сравнении с коэффициентом молекулярной диффузии (Do):
При этом параметр D отражает внутреннюю структуру фильтрующей среды
(Ф.М.Бочевер, А.Е.Орадовская,1974; Н.Н.Веригин и др., 1979):
D = b`*s
где: s
- средний характерный размер частиц среды;
b` - безразмерный
параметр, характеризующий неоднородность пористой среды.
Изменение
параметра D слабо влияет на концентрацию раствора (Д.Ф.Шульгин,1971;
Н.Н.Веригин и др.,1979) и при несоответствии реального процесса математической
схеме требуется менять его в очень больших пределах. Поэтому всегда,
когда D выступает в роли единственного, универсального параметра,
он бывает завышен (по некоторым данным достигает десятков и даже сотен
м2/сут), что полностью искажает его первоначальный смысл, заложенный
в уравнениях конвективной диффузии. Поэтому имеется предложение об
оценке параметра D по данным о гранулометрическом составе грунтов
(В.А.Барон, Ю.Г.Планин,1974; Н.П.Куранов,1980). В этих работах показано,
что чем тяжелее гранулометрический состав почв, тем больше D, то есть,
параметр гидродисперсии D пропорционален содержанию физической глины
в почве. В табл. 2 приведены рекомендуемые Н.П.Курановым (1980) значения
параметра D для почв степного типа и принятые нами для расчетов осредненные
значения.
Такое
допущение можно считать оправданным для легкорастворимых солей и почв
с малой емкостью обмена, каковыми и являются, практически все почвы
ЦАР.
Таблица
2 Рекомендуемые
Н.П.Курановым величины параметра D
