Статья: Методика прогнозирования контуров капельного увлажнения почв на склоновых землях

4 Рассчитывается величина заглубленности изоплет с разными (задаваемыми) значениями влажности , м, изменяющимися от величины = до = 1,2· с шагом уровня влажности почвы, равным (т. е. = 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0; 1,05; 1,1; 1,15 и 1,2 ), по нижеследующей экспериментальной зависимости:

5 Находится угол отклонения оси локального контура капельного увлажнения почвы (локального контура влажности), формируемого на уклонных участках, от вертикали , °, по экспериментальной зависимости:

, (1)

в соответствии с которым согласно рисунку 1б трассируется ось контура капельного увлажнения почвенного пространства.

6 Для установленных по п. 4 значений заглубленности разновлажностных изоплет определяются соответствующие им значения средних послойных радиусов контуров увлажнения почвы , формирующихся в почвогрунтовой толще при = 0°, м, по нижеприведенной зависимости:

. (2)

7 Для каждого предварительно принятого к рассмотрению уровня влажности почвы в пределах увлажняемого пространства (см. п. 4) выполняются расчеты координат точек, соответствующих изоплетам, ограничивающим изоплетные контуры влажности почвы, с соблюдением нижеприведенной последовательности расчетных и графических операций.

7.1 Для каждого изоплетного контура капельного увлажнения почвы в соответствии с установленной по п. 4 глубиной намечается 11 условно принятых горизонтальных сечений, разделяющих каждый (внешний и изоплетные) влажностный контур по вертикали на 10 равных по высоте расчетных слоев. Глубины расположения сечений (где - номер сечения) являются вертикальными координатами точек границ контура, соединяя которые, получают ограничивающую изоплетный контур линию. Горизонтальные сечения контуров намечаются, начиная с глубины = 0, соответствующей сечению 1, с шагом по глубине и заканчивая сечением 11 с глубиной его заложения, равной = . Структура сечений внешнего контура увлажнения проиллюстрирована на рисунке 4. Схемы расположения сечений изоплетных контуров с различными уровнями влажности почвы во внутриконтурном пространстве принимаются аналогично проиллюстрированному на рисунке 4 внешнему локальному контуру капельного увлажнения почвенного пространства.

1 - капельница; 2 - контур капельного увлажнения почвы на склоновом земельном участке; 3 - ось контура капельного увлажнения почвы; 4 - поверхность земли; - угол наклона земной поверхности к горизонту, °; - угол отклонения оси контура от вертикали, °; - глубина рассматриваемого изоплетного контура увлажнения, равная , м; и - расстояния от оси до границ в верховой и низовой частях контура увлажнения соответственно, м; - - расстояния от поверхности земли до горизонтальных сечений, разделяющих контур капельного увлажнения почвы по вертикали на 10 равных по высоте расчетных почвенных слоев, м

Рисунок 4 - Расчетная схема контура капельного увлажнения почвы, формирующегося на склоновых землях

7.2 Значения удаленности (координат) точек очертания контуров влажности почвы от их оси и (см. рисунок 4) по каждому из намеченных горизонтальных сечений изоплетных контуров, расположенных на различной глубине , определяются по установленным и нижеприведенным экспериментальным зависимостям, имеющим вид полинома девятой степени:

(3)

(4)

где - расстояние от оси контура до его границ в верховой части, м;

- расстояние от оси контура до его границ в низовой части, м;

- коэффициент деформации верховой части контура капельного увлажнения почвы, формирующегося на орошаемом участке с углом наклона земной поверхности к горизонту , определяется по зависимости вида:

;

- коэффициент деформации низовой части контура увлажнения, формирующегося на орошаемом участке с углом наклона земной поверхности к горизонту , определяется по экспериментальной зависимости вида:

;

- средний радиус изоплетного контура при = 0° с определенной влажностью граничной линии , определяемый по зависимости (2);

- свободный член полинома, определяемый по соотношению:

;

- коэффициент при первом члене полинома :

;

- коэффициент при втором члене полинома :

;

- - коэффициенты при членах полинома , возводимых в 3-9-ю степень соответственно, определяемые по соотношению вида:

,

где - номер коэффициента при переменных членах полинома (от 3 до 9);

- коэффициенты регрессии, значения которых (для соответствующих значений коэффициентов - ) принимаются по таблице 3.

Таблица 3 - Значения коэффициентов регрессии
полиномов (3) и (4)

7.3 Определяемые в соответствии с требованиями п. 7.1 и рисунка 4 значения и полученные в результате расчета по зависимостям (3) и (4) значения и для каждого из 11 горизонтальных сечений рассматриваемого изоплетного контура влажности заносятся в таблицу 4.

7.4 В соответствии с расчетной схемой, приведенной на рисунке 4, строится линия земной поверхности под углом (п. 1) к горизонту. Далее через точку на поверхности земли, находящуюся на оси капания, под углом (зависимость (1)) к вертикали проводится ось контура капельного увлажнения, формирующегося на склонах. По приведенным в таблице 4 значениям , и в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 4, строятся изоплетные контуры увлажнения почвы с влажностью граничной изоплеты , которые отображают распределение влажности почвы во внутриконтурном увлажняемом почвенном пространстве.

Таблица 4 - Расчетные значения координат , и точек граничных линий изоплетных контуров капельного увлажнения почвы

Предложенная(ый) методика (алгоритм) расчета доведена до уровня программы для ЭВМ, позволяющей определить координаты контура капельного увлажнения почвы и построить его очертание. Расчет производился для следующих почвенных условий: среднее по увлажняемому слою содержание в почве физической глины = 58,0 % МСП; средняя по увлажняемому слою почвы наименьшая влагоемкость почвы = 25,2 % МСП; средняя по увлажняемому слою плотность сложения почвы = 1,4 т/м³; средняя по увлажняемому слою дополивная влажность почвы = 0,6 Ч Ч = 15,1 % МСП; средняя по увлажняемому слою послеполивная влажность почвы = 0,95 = 23,9 % МСП; глубина увлажняемого слоя почвы = 0,83 м. Пример расчета и построения локального контура влажности почв проиллюстрирован рисунком 5. Судя по данным рисунка 5, прогнозное очертание контура влажности с достаточной для практического применения точностью соответствует опытному.

Предложенная методика и программа для ЭВМ позволяют прогнозировать положение и размеры изоплетных контуров влажности почвы, формирующихся в пределах зоны капельного увлажнения почвенного пространства, что проиллюстрировано рисунком 6.

линейные размеры в см

Рисунок 5 - Прогнозируемое и опытное очертания контура
капельного увлажнения почвы при = 9,0°

- глубина контура, м; - расстояние от оси капания, м;
1 - изоплета с влажностью 1,0 ; 2 - изоплета с влажностью 0,95 ;
3 - изоплета с влажностью 0,9 ; 4 - изоплета с влажностью 0,85 ;
5 - изоплета с влажностью 0,8 ; 6 - изоплета с влажностью 0,75 ;
7 - изоплета с влажностью 0,7 ; 8 - изоплета с влажностью 0,65 ;
9 - изоплета с влажностью 0,6

Рисунок 6 - Прогнозируемые очертания изоплетных контуров влажности при = 9,0°

Выводы

1 В процессе проведенных исследований контуров увлажнения, формирующихся на склоновых землях в средне- и маломощных слабогумусных черноземах, характерных для степной зоны Ростовской области, установлены их геометрические параметры и получены экспериментальные зависимости, позволяющие скорректировать известную методику прогнозирования положения и параметров контуров влажности для безуклонных участков применительно к склоновым ландшафтам.

2 В результате проведенных исследований предложена методика определения геометрических и влажностных параметров локальных капельных контуров влажности, формирующихся на склонах, и разработан способ построения их очертаний, которые реализованы в виде программы для ЭВМ, что значительно упрощает их использование.

Список использованных источников

1 Ovchinnikov, A. S. Methodology of calculation and justification of the wetting parameters in the open field and greenhouse / A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov, M. P. Meshcheryakov // Environmental Engineering. - 2012. - № 4. - P. 29.

2 Голованов, А. И. Обоснование математической модели капельного увлажнения сада в условиях Подмосковья / А. И. Голованов, Д. Е. Кучер, А. В. Шуравилин // Природообустройство. - 2016. - № 1. - С. 44-51.

3 Воеводина, Л. А. Изменение агрофизических свойств черноземных почв под влиянием капельного орошения минерализованной водой / Л. А. Воеводина // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2011. - № 4(04). - С. 76-85. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=57&id=67.

4 Шкура, В. Н. Капельное орошение яблони: монография / В. Н. Шкура, Д. Л. Обумахов, А. Н. Рыжаков; под ред. В. Н. Шкуры. - Новочеркасск: Лик, 2014. - 310 с.

5 Ясониди, О. Е. Капельное орошение / О. Е. Ясониди. - Новочеркасск: Лик, 2011. - 322 с.

6 Гаджиев, М. К. Особенности капельного орошения виноградников в условиях Дагестанской АССР: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.02 / Гаджиев Магомед Кебедович. - Новочеркасск, 1984. - 22 с.

7 Кулинич, И. К. Капельное орошение виноградников на горных склонах в условиях Краснодарского края: автореф. дис. канд. с.-х. наук: 06.01.02 / Кулинич Иван Константинович. - Краснодар, 1982. - 22 с.

8 Уржумова, Ю. С. Технологические и конструктивные элементы локального низконапорного орошения садов для условий южных черноземов Ростовской области: автореф. дис. … канд. техн. наук: 06.01.02 / Уржумова Юлия Сергеевна. - Новочеркасск, 2004. - 24 с.

9 Храбров, М. Ю. Ресурсосберегающие технологии и технические средства орошения: автореф. дис. … д-ра техн. наук: 06.01.02 / Храбров Михаил Юрьевич. - М., 2008. - 46 с.

10 Храбров, М. Ю. Расчет распространения влаги в почве при капельном орошении / М. Ю. Храбров // Мелиорация и водное хозяйство. - 1999. - № 4. - С. 34-35.

11 Васильев, С. М. Геометрические и влажностные параметры контуров капельного увлажнения суглинистых черноземов / С. М. Васильев, А. С. Штанько // Мелиорация и водное хозяйство. - 2019. - № 1. - С. 16-19.

References

1 Ovchinnikov A.S., Bocharnikov M.P., Meshcheryakov V.S., 2012. Methodology of calculation and justification of the wetting parameters in the open field and greenhouse. Environmental Engineering, no. 4, p. 29.

2 Golovanov A.I., Kucher D.E., Shuravilin A.V., 2016. Obosnovanie matematicheskoy modeli kapel'nogo uvlazhneniya sada v usloviyakh Podmoskov'ya [Subtantivation of the mathematical model of the garden drip irrigation under the conditions of Moscow region]. Prirodoobustroystvo [Environmental Engineering], no. 1, pp. 44-51. (In Russian).

3 Voevodina L.A., 2011. [Change in the agrophysical properties of chernozem soils under the influence of drip irrigation with mineralized water]. Nauchnyy Zhurnal Rossiyskogo NII Problem Melioratsii, no. 4(04), pp. 76-85, available: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=
57&id=67. (In Russian).

4 Shkura V.N., Obumakhov D.L., Ryzhakov A.N., 2014. Kapel'noe oroshenie yabloni: monografiya [Drip Irrigation of Apple Trees: monograph]. Novocherkassk, Lick Publ., 310 p. (In Russian).

5 Yasonidi O.E., 2011. Kapel'noe oroshenie [Drip Irrigation]. Novocherkassk, Lick Publ., 322 p. (In Russian).

6 Gadzhiev M.K., 1984. Osobennosti kapel'nogo orosheniya vinogradnikov v usloviyakh Dagestanskoy ASSR: Avtoreferat diss. kand. s.-kh. nauk [Features of Drip Irrigation of Vineyards under the Conditions of the Dagestan ASSR: Abstract of cand. agri. sci. diss.]. Novocherkassk, 22 p. (In Russian).

7 Kulinich I.K., 1982. Kapel'noe oroshenie vinogradnikov na gornykh sklonakh v usloviyakh Krasnodarskogo kraya: Avtoreferat diss. kand. s.-kh. nauk [Drip Irrigation of Vineyards on the Mountain Slopes in Krasnodar Territory: Abstract of cand. agri. sci. diss.]. Krasnodar, 22 p. (In Russian).