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
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