Файл: Панадиади, А. Д. Проблемы мелиоративного устройства нечерноземной зоны.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 126

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где R — радиационный

баланс

за

рассматриваемый

период

в

 

год расчетной обеспеченности, ккал/см2-ч;

 

 

 

L — скрытая теплота испарения,

ккал/г;

периода, сут.

 

 

Т — продолжительность рассматриваемого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

35

 

Водопотребление культурами по месяцам для Полесья

 

 

 

 

и Лесостепи

УССР, процент от суммарного

[131]

 

 

 

 

Культура

 

 

 

 

Месяц

 

 

 

Итого

 

 

IV

1 V

VI

VII

VIII

IX

X

 

 

 

 

 

Свекла:

 

 

 

15

20

30

25

5

100

 

кормовая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

столовая

 

10

19

28

27

14

2

100

 

сахарная

и

5

16

27

32

20

100

 

Морковь

столовая

10

15

27

30

16

2

100

 

кормовая

 

 

 

12

30

34

20

4

100

 

Капуста

поздняя

 

 

Помидоры

 

11

28

36

25

100

 

Картофель

 

10

32

36

18

4

100

 

Кукуруза

на силос

 

5

15

25

30

25

100

 

Зерновые

яровые

 

5

20

45

25

15

 

100

 

Лен

 

 

11

26

50

13

100

 

Многолетние травы

 

4

20

21

21

20

14

 

100

 

Если данных о величине радиационного баланса нет, величину испарения почвой можно определять по графикам А. Р. Констан­ тинова (рис. 17).

Суммарный объем воды, расходуемый на испарение и транспи­ рацию (м3/га), вычисляют по формуле

 

W и+т — Elw 4) +1<кг‘*л)

 

 

(31)

где

Fj — площади, занятые

в рассматриваемый

период отдель­

 

ными сельскохозяйственными культурами или выделен­

kj,

ными растительными сообществами, га;

расчетная

уро­

Nj — коэффициент водопотребления (м3/т) и

 

жайность отдельных культур или выделенных произра­

 

стающих растительных сообществ (т/га);

 

 

пе­

 

X; — удельный вес водопотребления за рассматриваемый

 

риод, % от kjNj\

 

 

 

 

 

Гф. — свободные от растительности площади фаций, выделен­

 

ные в границах балансового участка или объекта;

рас­

 

Нф. — испарение почвой

с соответствующей площади

за

 

сматриваемый период, мм;

 

га.

 

 

F — общая площадь объекта (балансового участка),

 

134


f

Рис. 17. График для расчета испарения с поверхности почвы и снега (мм/сут) по среднесуточным значениям температуры и влажности воздуха (по А. Р. Кон­ стантинову).

Отток воды за границы рассматриваемого объекта по поверх­ ности складывается из склонового и руслового стоков (И7р+С)- Русловый сток оказывает существенное влияние на влажность корнеобитаемого слоя только в периоды разливов. В этом случае, как уже указывалось, составлять уравнение водного баланса не имеет смысла, поэтому здесь рассматривается только склоновый сток.

Возникновение склонового стока возможно лишь при условии, если интенсивность потерь на испарение и просачивание меньше интенсивности поступления влаги, то есть тогда, когда на поверх­ ности рассматриваемой территории начнет накапливаться вода и количество ее будет превышать объем имеющихся здесь замкнутых понижений. В нечерноземной зоне весной во время снеготаяния, а также летом и осенью при выпадении ливней и продолжитель­ ных дождей интенсивность испарения обычно меньше интенсив­ ности выпадения осадков или таяния снега, поэтому возникнове­ ние склонового стока здесь определяется соотношением между просачиванием влаги в почву и ее поступлением.

Поступающая на поверхность вода вначале впитывается в грун­ товую толщу, а затем после заполнения свободной капиллярной порозности в зоне аэрации начинает фильтроваться в грунтовые воды. Следовательно, склоновый сток может возникнуть в двух случаях: скорость впитывания и скорость фильтрации меньше ин­ тенсивности притока; емкость свободных от воды пор в зоне аэра­ ции меньше объема притекающих вод, а отток вод, просочившихся в почвенно-грунтовую толщу, затруднен. Величина и продолжи­

135

тельность склонового стока зависят от характера поступления по­ верхностных вод, рельефа и уклона местности, проницаемости и на­ чальной влажности почвенно-грунтовой толщи, состояния поверх­ ности территории.

Склоновый сток идет отдельными струйками по сложным и ме­ няющимся во времени траекториям. Скорость его изменяется как от струйки к струйке, так и на протяжении одной струйки. Этим и объясняется трудность определения длины пути склонового стока, а также неудачи неоднократных попыток найти строгие матема­ тические решения. Поэтому в качестве расчетной по предложению А. Н. Костикова [36] принимается модель склонового стока сплошным слоем равной толщины. Объем склонового стока (м3) за рассматриваемый период (при указанной расчетной модели) описывается выражением

 

 

Wc= v cLcrhpTcr,

 

 

(32)

где

v c — скорость склонового стока,

м/сут;

 

 

 

 

ZCT— суммарная длина фронта стока, м;

 

 

 

Лр — расчетная глубина слоя стока, м;

 

склоно­

 

Тст— продолжительность

рассматриваемого периода

 

 

вого стока, сут.

 

 

 

 

 

 

Продолжительность с к л о н о е о г о стока (сут) можно определить

по выражению

 

 

 

 

 

 

 

 

7’CT= r ; + 7 ’;= io » /CTf4 - +

4 -V

 

(33)

 

 

 

 

 

\v'c

v " J

 

 

Здесь

7^т — продолжительность стока, в течение которого

про­

 

 

исходит впитывание воды в почву, сут;

 

про­

 

 

Тс’т— продолжительность стока, в течение которого

 

 

исходит фильтрация

просачивающихся

в почву

 

 

вод, сут;

 

по

склону,

км;

 

 

 

 

/ст— длина пути стока

период

 

 

v'c— скорость течения

воды по поверхности в

 

 

Т'ст, м/сут;

Г"ст.

 

 

 

 

 

 

v"c —■то же, в период

 

 

 

 

Длина пути склонового стока при рассматриваемой расчетной

модели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/„= 1 0 — ,

 

 

(34)

 

 

 

 

^ст

 

 

 

 

где F — площадь объекта или выделенных по ландшафту

его ча­

стей,

га.

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная длина фронта поверхностного стока LCT складыва­ ется из удвоенной длины всех учтенных водотоков и балок, а так­ же длин периметров водоемов, к которым происходит склоновый сток.

136


с5

\

 

г

Т п

Т а

Т п

> Т с т

Рис. 18. Схематизированные гидрографы склоно­ вого стока.

Скорость течения воды по склону зависит от толщины слоя стекающей воды, от шероховатости подстилающей поверхности и ее уклона.

Исследования гидрологов показали, что изменение высоты слоя стока во времени зависит от соотношения между временем поступ­

ления

воды

на объект

Тп и ее стока Тст.

При

Tns=:TCT

высота

слоя

стока

меняется

примерно

по треугольнику (рис.

18), при

7’„ > 7 ’ст — по кривой,

близкой к

параболе,

или

по неравнобокой

трапеции.

 

 

 

 

 

 

Закономерности изменения скорости стекания при изменении влияющих на нее компонентов до сих пор изучены недостаточно. Поэтому наиболее целесообразно скорость склонового стока опре­ делять экспериментально [70].

Если организация таких измерений вызывает затруднения, мож­ но воспользоваться формулой, полученной автором на основании

обработки опытов, проведенных

П. А.

Дудкиным

и Д. П. Юне-

вичем:

ft0,66 у0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

^ = - * - 0 ----->

 

(35)

где v c — скорость стекания, м/с;

 

 

 

 

Лр — расчетная высота слоя стока, м;

 

 

/ — средний уклон склона;

 

поверхности склона

(при

п — коэффициент

шероховатости

отсутствии

опытных

данных можно

принимать

по

табл.36).

 

 

 

 

 

137


 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т А Б Л И Ц А 36

Коэффициент

шероховатости для склонового

стока

(по

Д. П. Юневичу)

 

 

 

 

Коэффициент

 

 

 

 

 

Коэффици­

Характеристика поверхности

Характеристика поверхности

ент

шероховатости

шерохова­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тости

Г л у б и н а с л о я в о д ы

 

Г л у б и н а с л о я в о д ы

 

10 см и

б о л е е :

 

 

до

10 см:

обработанная

 

поверхности,

незарос­

 

хорошо

 

шие

древесной

или

 

 

вдоль

уклона

по­

0,05

кустарниковой

расти-

0,05-0,06

 

верхность

поля

 

тельностью

заросшие

вспаханная

поперек

 

поверхности,

 

 

уклона

поверхность с

 

древесной или кустаре

 

 

хорошей

последую­

0,12

никовой растительно-

 

 

щей

разделкой

 

стью:

плотности 25%

0,06—0,09

сенокос

свежескошен­

0,8

при

 

ный

 

 

 

»

»

 

50%

0,09-0,115

выгон естественный

0,9

»

»

100%

0,14-0,24

сенокос

нескошенный

2,3

Расчетная высота стекающего по склону слоя воды (м) равна средней высоте слоя стока за рассматриваемый период, уменьшен­

ной на средний за этот же

период слой потерь

на

впитывание,

фильтрацию и испарение, то есть

 

 

 

 

 

 

hp=ahM—hn=ahu—(Авп+Аф+/ги) =

 

(36)

 

= ahM—■[14,4 TB„vBn+

7фЦф + z(Tвп -|- 7ф)] ,

 

где

Лм — максимальная высота притекающего слоя за рассматри­

 

ваемый период, м;

 

{hBп),

фильтрацию

(Лф)

и ис­

 

h„— потери: на впитывание

 

парение (Ли), м;

 

 

 

 

 

 

 

г — испарение за

сутки, м;

от

формы

графика притока

 

а — коэффициент,

зависящий

 

(при треугольном графике принимают 0,5, параболиче­

 

ском или трапецеидальном — 0,67);

 

 

 

 

vBn— средняя скорость впитывания,

см/мин;

 

 

 

Твп,

Ъф— средняя скорость фильтрации, м/сут;

 

 

сут.

Тф— продолжительность

впитывания и фильтрации,

Если продолжительность расчетного периода Tvi>Tcr, в форму­

лу

(36) вместо ahM подставляют значение средней высоты

прито­

ка, определяемое делением площади соответствующей части гра­ фика притока на величину Тр (рис. 19).

Скорость впитывания и ее изменение во времени следует уста­ навливать для всех основных разновидностей почв при разных значениях почвенной влажности [5, 95]. Для предварительных

138


Рис. 19. Схемы определения средней высоты слоя склонового стока.

расчетов можно применять формулу, рекомендованную А. Н. Ко­ стиковым:

'Увп —

ко

 

 

 

 

(37)

(1-*) V

 

 

 

 

 

 

 

 

где v Bn— средняя скорость впитывания

за рассматриваемый пе­

риод, см/мин;

 

 

 

почвы

в первую

k0— коэффициент впитывания исследуемой

единицу времени, см/мин;

 

 

периода,

мин;

Гр •— продолжительность рассматриваемого

а — показатель, изменяющийся

в

зависимости

от

свойств

почвы и ее влажности от 0,3 до 0,8. Продолжительность впитывания, или заполнения свободной ка­

пиллярной порозности (сут),

 

Твп=0,0 7 ^ } ,

(38)

^ВП

 

где Лк.п ■— емкость свободной капиллярной порозности, м слоя воды; ■Пвп — скорость впитывания, см/мин.

Если Гст^Гвп, значение скорости впитывания, определенное по формуле [37], может быть использовано для дальнейших рас­

четов. При ГСТ> Г ВП величину vm находят методом

подбора,

ис­

пользуя формулы (37) и (38).

 

 

 

Емкость свободной капиллярной порозности

 

 

 

 

Лк.п=10-4(рпр- $ а)р Н ,

 

 

(39)

где рпр — влажность

почвенного слоя, соответствующая предельной

влагоемкости, процент от порозности почвы;

 

Рн— влажность

почвенного слоя в начале рассматриваемого

периода, процент от порозности;

 

 

 

р — активная

порозность почвенного слоя, процент от объе­

ма слоя;

 

 

 

 

 

 

Н — глубина

залегания

грунтовых вод,

м.

меняется

от

Скорость фильтрации при

поверхностном

стоке

максимальной в начале фильтрации до нуля при окончании стека-

139