1.17 Н.В. Сурикова.

Реклама
Н.В. Сурикова
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ВОДНОГО РЕЖИМА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ЛУГОВЫХ ПОЧВ
РАМЕНСКОГО РАСШИРЕНИЯ МОСКВОРЕЦКОЙ ПОЙМЫ
На опытном участке, расположенном в центральной части Раменского расширения
поймы р. Москвы, проводятся исследования по применению осадка сточных вод (ОСВ)
очистных сооружений г. Раменское в качестве удобрения под многолетние злаковые
травы. Экологическая возможность применения ОСВ и предельные дозы внесения зависят
от направленности и интенсивности процессов накопления, распределения и
передвижения питательных и токсичных элементов в почве, подстилающем слое и
грунтовых водах. Процессы передвижения элементов связаны с водным режимом почв,
поэтому проведено полевое определение показателей водного режима.
Для повышения детальности показателей водного режима, получения данных по
водообмену почвенного слоя с грунтовыми водами и возможности прогнозирования
водного режима почв для лет разной естественной влагообеспеченности проведено
моделирование процесса влагопереноса по программе А.И.Голованова (МГУП) [3] и
уточнение параметров модели.
Исходные климатические данные к модели приняты по материалам метеостанции
«Быково», расположенной в 15 км от участка, которые корректировались по непосредственным наблюдениям на участке в 1, 6, 9, 12, 15 декады вегетационных периодов 20012003 гг. При корректировании метеоданных в промежуточные даты использованы
материалы из работ [1, 2] по сравнению метеоусловий на пойме и на суходоле, которые
подтвердились полевыми наблюдениями. Среднедекадные температуры и влажности
воздуха, месячные осадки в вегетационные периоды 2001-2003 гг., принятые в расчетах,
приведены на рис. 1.
3
Температуры, град.С
Среднедекадные температуры воздуха
25
20
2001г.
2002г.
2003г.
15
10
5
0
0
3
6
9
12
15
Декады вегетационного периода
Относительная
влажность, %
Относительная влажность воздуха
90
80
2001г.
2002г.
2003г.
70
60
50
40
0
3
6
9
12
15
Декады вегетационного периода
Осадки, мм/мес
Осадки вегетационного периода
120
100
80
60
40
20
0
2001г.
2002г.
2003г.
1
2
3
4
5
Месяцы (май-сентябрь)
Рис. 1. Метеорологические показатели опытного участка
Обеспеченность естественного увлажнения многолетних трав для условий участка
подсчитана за 18-летний период, включающий годы исследований, и приведена на рис.2.
Годы 2001 и 2003 были близки к средним, 2002 – засушливый.
Водно-физические характеристики почвы, необходимые для расчетов по модели
А.И.Голованова, определены на опытном участке: мощности генетических горизонтов,
пористость, полная, наименьшая и максимальная молекулярная влагоемкости,
коэффициенты фильтрации (см. статью Н.В. Суриковой в этом сборнике).
4
Обеспеченность естественного увлажнения
многолетних трав
Ос-Е, мм
300
200
100
0
-100 0
-200
20
40
60
80
100
-300
р,%
Рис.2. Обеспеченность естественного увлажнения участка
Суммарное водопотребление многолетних трав рассчитано по формуле Н.Н.Иванова
по скорректированным метеоданным с биологическими коэффициентами для
многолетних трав в условиях пойм по [2]. Результаты приведены на рис.3. Исходные
эпюры влажности и глубина грунтовых вод в первые числа мая задавались по результатам
полевых определений.
В результате моделирования получены значения глубины уровня грунтовых вод и
влажности почвы в течение вегетационных периодов 2001-2003 гг., приведенные на рис. 4
и 5. Там же отмечены значения глубины уровня грунтовых вод и влажности почвы,
определенные на опытном участке в 1, 6, 9, 12, 15 декады.
Проведено сравнение некоторых показателей водного баланса, полученных
расчетным и опытным путем: дренажного стока, средней влажности за вегетационный
период, средней глубины грунтовых вод (табл.1). Различие опытных и расчетных величин
составило от 1 до 31%.
Рисунки 4, 5 и табл.1 показывают, что модель отражает реальный водный режим
почвы в течение вегетационных периодов 2001, 2002, 2003 гг. и может быть использована
для получения недостающих данных и прогнозирования водного режима.
Определены расчетные показатели водного режима почвы для исследуемых лет,
необходимые для анализа передвижения питательных и токсичных солей (табл.2). Капил
лярное подпитывание почвенного слоя грунтовыми водами обозначено +g, нисходящий
переток воды –g.
5
Суммарное водопотребление за декаду
Е, мм/дек
40
30
2001г.
20
2002г.
2003г.
10
0
0
3
6
9
12
15
Декады вегетационного периода
Рис. 3. Суммарное водопотребление многолетних трав
Расчетная глубина грунтовых вод
Глубина УГВ, м
0
-0,2
0
5
10
15
-0,4
2001г.
-0,6
2002г.
-0,8
2003г.
-1
-1,2
Декады вегетационного периода
Рис. 4. Расчетные глубины грунтовых вод по декадам:
о - опытные точки
Влажность почвы в
долях
от ППВ
Расчетная влажность почвы
1
0,8
2001г.
2002г.
2003г.
0,6
0,4
0
5
10
15
Декады вегетационного периода
Рис. 5. Расчетная влажность почвы в слое 0…60 см по декадам:
о - опытные точки
6
Год
2001
2002
2003
Таблица 1
Сравнение результатов расчетов по модели А.И. Голованова
с наблюдениями на опытном участке
Дренажный сток за
Средняя влажность в
Средняя за вегетацию
период вегетации, мм
долях НВ
глубина грунтовых вод,
м
Расч.
Поле Отлич Расч.
Поле Отлич Расч.
Поле Отлич
ие, %
ие, %
ие, %
13
23
76
72
5
0,70
0,76
8
17
0
0
59
56
5
0,92
1,0
8
0
18
31
75
76
1
0,71
0,65
9
26
Таблица 2
Обмен почвенных вод с грунтовыми (g) и дефицит естественного увлажнения Dw
Год
+g, мм
-g, мм
g, мм
Dw, мм
2001
+66
-83
-17
-55
2002
+102
-48
54
-151
2003
+71
-100
-29
-36
Расчеты по модели показали, что водообмен почвенного слоя с грунтовыми водами
носит неустойчивый характер (табл.2). В засушливом 2002 году в почве наблюдался
значительный дефицит влажности, и в питании растений большую долю составляли
грунтовые воды. В 2001 и 2003 гг. весенние запасы влаги в почве и осадки вегетационного
периода лучше удовлетворяли водопотребление растений, но наблюдался промывной
водный режим почв средней интенсивностью 0,0001 - 0,0002 м/сут. Максимальная
интенсивность нисходящих токов влаги составила 0,0007 м/сут, что существенно при
расчетах выноса питательных и токсичных элементов из почвы.
По результатам расчетов на рис. 6 построен график связи относительной величины
водообмена почвенного слоя с грунтовыми водами (g/Ос) со средней за вегетацию
влажностью почвы (срвег). На графике выделены точки, соответствующие годам
исследований. График позволит прогнозировать изменения водного режима
рассматриваемых почв в условиях изменения климатических условий.
Рис. 6. Расчетная зависимость g/Ос от срвег
- опытные точки
7
На рисунке 7 дан график зависимости относительной урожайности многолетних трав
(в виде коэффициента снижения урожайности от неоптимальности режима влажности
почвы по В.В.Шабанову) от средней за вегетацию влажности почвы. На графике
отмечены точки опытных лет, отличающиеся от фактических урожайностей на контроле
на 15-21%, что свидетельствует о влиянии на фактический урожай других факторов –
питательного и химического режимов.
Относительная
урожайность в
долях единицы
Влияние средней за вегетацию влажности почвы
на урожайность многолетних трав
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
2001г.
2003г.
2002г.
40
50
60
70
80
90
100
Относительная влажность почвы, % от ППВ
Рис. 7. Расчетная зависимость относительной урожайности от срвег
- опытные точки
Сравнение результатов расчетов и имеющихся наблюдений на опытном участке
позволяет считать, что модель отражает реальный водный режим почвы в течение
вегетационных периодов 2001, 2002, 2003 г.г. Следовательно, она может быть
использована для прогнозирования водного режима аллювиальных луговых почв под
многолетними травами на рассматриваемом участке при изменении естественного
увлажнения территории и для расчетов миграции химических элементов при удобрении
почвы осадком сточных вод.
Библиографический список
1. Марков Е.С. Мелиорация пойм нечерноземной зоны. М.: Колос. 1973. 320 с.
2. Пчелкин В.В. Обоснование мелиоративного режима осушаемых пойменных земель.
М.: Колос, 2003. 253 с.
3. Основы природообустройства. /Под ред. А.И. Голованов. М.: Агропромиздат. 2001.
264 с.
8
Похожие документы
Скачать