Методы моделирования эрозионных процессов и основы формирования противоэрозионных комплексов

• Автор: Сухановский, Юрий Петрович
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 255 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОЖДЕВОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ
1.1.МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
1.1.1.Удар дождевых капель о почву
1.1.2.Размыв почвы на гидролотке
1.1.3.Гидравлика склоновых потоков
1.1. 4.Метод дождевания
1.2. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
1.2.1.Модель капельной эрозии почв
1.2.2.Гидромеханическая модель
1.2.3.Имитационная модель
1.2.4.Стохастическая модель
Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭРОЗИИ МЁРЗЛЫХ ПОЧВ
2.1.СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
2. 2. МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФЛЯЦИИ ПОЧВ
3.1.УРАВНЕНИЕ ВЕТРОВОЙ ЭРОЗИИ
3.2.МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВЫХ РЕЖИМОВ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУВЕ
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ
КОМПЛЕКСОВ
4.1.ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ЭРОЗИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ
4.2.ЭФФЕКТИВНОСТЬ АГРОПРИЁМОВ
4.3.ДОПУСТИМЫЕ ПОТЕРИ ПОЧВЫ
4.4.ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ
Глава 5. КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬ
ЗОВАНИЯ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ
5.1.СНИЖЕНИЕ УРОЖАЙНОСТИ
5.2.ВАРЬИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ
5.3.КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВЫВОДЫ
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬ
ЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Усиление эрозионных процессов. привело1 к тому, что на 1 января 1996 г. в Российской Федерации 65% пашни являются эрозионноопасными и эродированными. Наиболее подвержены эрозионным процессам сельскохозяйственные угодья в Поволжском (соответственно 85-95%), Северо - Кавказском (92-98%), Центрально -Чернозёмном (53-56%) и Уральском (59-67%) регионах. Более половины (52%) эрозионноопасных и эродированных сельскохозяйственных угодий в РФ подвержены дефляции почв. Продуктивность эродируемых земель снижается, отмечается деградация почвенного покрова и происходит загрязнение водных источников.
Всё это приводит к острой необходимости поиска решений о надёжной защите почв от эрозии и дефляции и о рациональном использовании эродированных почв.
Основной целью работы является разработка методов моделирования почвенно-эрозионных процессов и основ формирования противоэрозионных комплексов на пахотных землях.
В задачи исследований входило:
• разработка и усовершенствование методов физического и математического моделирования эрозионных процессов;
• разработка компьютерных моделей для расчёта потерь почвы при различных вариантах использования пахотных земель;
• исследование особенностей проявления эрозионных процессов за многолетний период;
• обоснование противоэрозионной эффективности агротехнических приёмов по отношению к дождевой эрозии почв ;
• обоснование допустимых потерь почвы;
• разработка автоматизированной системы для выбора и размещения элементов противоэрозионных комплексов;
1 Приводятся данные из “Государственного (национального) доклада о состоянии и использовании земель Российской Федерации за 1996 год”.М. 1997.

• разработка критерия эффективности использования эродированных почв для возделывания основных сельскохозяйственных культур в ЦЧЗ.
Проведённые исследования основывались на применении современных методов физического и математического моделирования природных процессов, к которым относится эрозия и дефляция почв. При моделировании использованы фундаментальные законы природы, методы статистического и имитационного моделирования, а также методы математической статистики, теории вероятностей и методы оптимизации. В проведённых в полевых и лабораторных экспериментах, а также для обработки различного рода данных и проведения численных экспериментов использована компьютерная технология.
В результате проведённых исследований разработано :
• метод дождевания для исследования стока и смыва почвы, позволяющий получаемые результаты переносить на натурные условия;
• математические модели дождевой эрозии почв; гидромеханическая, имитационная и стохастическая;
• стохастическая модель смыва почвы при весеннем снеготаянии;
• эффективность агротехнических приёмов по отношению к дождевой эрозии почв;
• обоснование допустимых потерь почвы;
• алгоритм выбора и размещения на пашне элементов про-тивоэрозионных комплексов;
• критерий эффективности использования эродированных почв для возделывания основных сельскохозяйственных культур.
При разработке методов физического и математического моделирования эрозионных процессов
• теоретически обоснована и экспериментально доказана применимость формулы Шези-Маннинга для описания склоновых потоков воды, которая, в свою очередь, является частным случаем полученного решения уравнения Рейнольдса с учётом ударов дождевых капель;
• впервые разработана методика дождевания почв, позволяющая получаемые результаты переносить на натурные условия;

ложения были проведены измерения фракционного состава смываемых агрегатов за разные интервалы времени.
На рис. 1.16 для двух обработок почвы показана динамика изменения среднего диаметра смываемых агрегатов. Были выбраны следующие интервалы времени: 0-20 мин., 20-60 мин., 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 и 5-6 часов. На рисунке средние значения диаметра агрегатов соответствуют средним значениям интервалов времени.

Время ,час.
Рис. 1.16.Зависимость среднего диаметра смываемых агрегатов от продолжительности размыва
Данные, представленные на этом рисунке, получены при донных скоростях как меньше размывающих, так и больше. Из этих данных следует, что значение среднего диаметра агрегатов практически одинаковое для всех интервалов времени. Это означает, что срезание верхнего слоя почвы не влияет на фракционный состав смываемых агрегатов. Кроме того, средний размер агрегатов оказался одинаковым для различных обработок почвы.
Шероховатость русла и срезание образца делает более плавным сопряжение их поверхностей, что сводит к минимуму влияние почвенного образца на поток воды.
Тем не менее, проведенные гидравлические расчеты для данной конструкции лотка показали, что поток в области установки образца не является равномерным. Это было также подтверждено измеренными эпюрами ско-