авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Оценка взаимодействия гидрохимических и гидродинамических факторов склонового стока

-- [ Страница 3 ] --

Мутность воды на распластанность потоков влияет, однако это влияние не выражено прямо. Так, при нулевой мутности вероятность того, что русло окажется не распластанным составляет 42%. Вероятно, это связано с протеканием воды по ледяной корке. Наиболее низкая обеспеченность нераспластанных русел (23 %) наблюдается в диапазоне мутности 0, 018-2,0 кг/м3, что говорит скорее всего об интенсивном увеличении расходов воды в этот момент. Увеличение нераспластанных русел при мутности 2,0- 5,0 кг/м3 и 5,0-10,0 кг/м3 (соответственно 31 % и 36 %) скорее всего говорит об усилении врезания русел при увеличении транспортирующей способности потоков. Уменьшение нераспластанных русел при мутности 10, 0-99,99 кг/м3 скорее всего говорит о насыщенности потоков наносами в пределах их транспортирующей способности.

Тип снеготаяния влияет на величины B/h и . Так, при солярно- адвективном типе снеготаяния обеспеченность распластанных потоков ниже (59,4 %), чем при других типах снеготаяния, наибольшая обеспеченность распластанных потоков (B/h>7) (83 %) наблюдается при адвективном снеготаянии.

Для величин их обеспеченность при адвективном снеготаянии всегда меньше, чем при солярном, в то время как обеспеченность величин при солярно- адвективном снеготаянии неоднозначна, в области больших обеспеченностей ( 10-100%) она ниже, чем при других типах снеготаяния, а в области более редких повторяемостей - выше.

Изменчивость величин B/h при снеготаянии значительна, как по длине склона, уклону склона так и по агрофонам, типам почв и типам снеготаяния. Тоже наблюдается и для . Однако, здесь изменчивость по типам почв наименьшая.

При ливнях максимальная глубина потоков изменялась в пределах 0,003-0,08 м при Cv = 0,77. В 5% случаев максимальная глубина потоков превысила 0,05 м. Диапазон изменения ширины водотоков составил 0,019 - 3,0 м, Cv =1,41. Причем, самые широкие потоки отмечались на многолетних травах и естественном кормовом угодье, а самые узкие - на пропашных.

Диапазон изменения величины B/hср при ливнях составляет 3, 17-128,8, в 7,5% случаев B/h<7. Причем, вероятность формирования потоков с B/h<7 на многолетних травах составляет 5,9%, на естественном кормовом угодье 6,67%, на пару 26,7% на зерновых колосовых не распластанные потоки не формировались.

При ливнях агрофон значительно влияет на распластанность потоков. Наибольшая обеспеченность B/h наблюдается на многолетних травах, далее идут пропашные, зерновые колосовые, полевая дорога, наименьшая обеспеченность B/h отмечена на паре и естественном кормовом угодье.

На величину агрофон также значительно влияет, здесь агрофона в порядке убывания обеспеченности располагаются в следующей последовательности: многолетние травы, пар и пропашные, полевая дорога и зерновые колосовые, наименьшая обеспеченность на естественном кормовом угодье.

Тип почвы влияет на B/h, наибольшая обеспеченность величин B/h, наблюдается на серых лесных почвах, потом идут черноземы на лессах, на песках, на мергеле и мергеле. На серых лесных почвах и на черноземе на песках величин B/h<7 не наблюдалось.

На критерий устойчивости тип почва также влияет. Наибольшая обеспеченность отмеченная на черноземе на лессе, т.е. здесь можно ожидать более разветвленные русела, потом идут серые лесные, чернозем на мергеле, чернозем на песках и мергеле.

Режим потоков влияет на B/h, наибольшей обеспеченностью здесь отличаются ламинарный и турбулентный режим.

На обеспеченность режим потока также влияет. Причем, в зоне меньших повторяемостей (0-50%) обеспеченность выше при ламинарном режиме, в зоне 60- 100% - при турбулентном. При переходном режиме обеспеченность наименьшая.

Состояние потока влияет на величину B/h, только в зоне 80- 100% при бурном режиме обеспеченность B/h выше, а в зоне 0- 40% - ниже, чем при спокойном. Величин B/h<7 при бурном режиме не наблюдается.

На критерий устойчивости состояние потока влияет сильнее, чем на B/h. В целом, обеспеченность при бурном состоянии потока ниже, чем при спокойном, только в зоне 75- 100% вероятностей обеспеченность при бурном состоянии выше.

Влияние B/h на мутность воды не выражено прямо.

Прослеживается влияние уклона склона на величину B/h, с увеличением уклона склона изменчивость B/h уменьшается. Изменчивость величин B/h по агрофонам и типам почв разная, наибольшие величины коэффициентов вариации (Cv) отмечены на многолетних травах и пару, наименьшие - на зерновых колосовых и полевой дороге. По типам почв наименьшие величины Cv наблюдались на черноземе на лессе и на черноземе на мергеле.

Изменчивость величин больше, чем B/h, здесь также прослеживается некоторая связь с уклоном склона, по агрофонам и разновидностям почв Cv резко отличаются. Наибольшие величины коэффициентов вариации (отмеченные на пару и зерновых колосовых, наименьшие - на полевой дороге и пропашных. По почвенным разностям наибольшая изменчивость отмечена на черноземе на лессе, наименьшая на мергеле и серых лесных почвах.

Склоновые потоки при ливнях с большим основанием можно считать плоскими, чем при талом стоке. Не плоские потоки ( B/h<7) при талом стоке чаще всего встречаются на многолетних травах, дальше идут озимь и зябь. При ливнях же меньше всего встречается величин B/h<7 на многолетних травах и естественном кормовом угодье, на пару неплоские потоки встречаются чаще всего.

Ближе к водоразделу потоки менее распластаны.

При талом стоке с увеличением уклона склона распластанность потоков увеличивается. При ливнях зависимость величин B/h<7 от уклона склона менее четкая.

Как и для рек, форма русла склоновых потоков зависит от расхода воды, в то время как выявленные для рек зависимости B/h от мутности для склоновых потоков проявляются слабо. Причем, дифференциация склоновых потоков по происхождению, что сказывается на особенностях руслоформирования, отражается и на степени соответствия особенностей взаимосвязей формы русела с определяющими факторами, выявленными для рек и для склоновых водотоков. Так, выявленные особенности формирования формы русела при ливнях более отвечают аналогичным исследованиям для рек.

В силу отличий в генезисе талого и ливневого стока наблюдаются отличия и во влиянии факторов на распластанность и стойкость русел склоновых водотоков. Причем, для B/h этих отличий больше, чем для , вероятно здесь нивелирующим фактором является гидравлическое сопротивление, которое учитывается в формуле. На распластанность водотоков при талом стоке агрофон практически не влияет, при ливнях же влияет, режим потока при талом стоке влияет слабо, при ливнях - существенным образом, в то время как состояние потока при талом стоке влияет на величину B/h, а при ливнях практически не влияет. Тип почв в обеих случаях влияет на формирование русел. Влияние мутности воды на распластанность русел сказывается не прямо, наблюдается изменение формы кривых обеспеченности относительной ширины русел для разных диапазонов мутности воды.

На критерий устойчивости и при ливнях и при талом стоке влияют агрофон, тип почвы и режим потока. Только состояние потока при ливнях имеет меньшее влияние на , чем при талом стоке.

Тип снеготаяния влияет на формирование русел склоновых водотоков.

Диапазон изменения внешнего масштаба турбулентности L для склоновых потоков при снеготаянии лежит в пределах от 0,0025 до 1,8 м при Cv 1,59. Диапазон изменения микромасштаба турбулентности лежит в пределах от 0,00041 м до 0,0235 м при Cv =1,9.

Влияние длины склона до места измерения и уклона склона на величины масштабов вихрей в склоновых водотоках неоднозначно, но в целом, наблюдается тенденция уменьшения масштабов вихрей с увеличением длины и уклона склона. Наибольшие величины микромасштаба вихрей отмечаются на озимых, дальше идут зябь и многолетние травы, а наибольшие величины масштабов больших вихрей отмечаются на зяби, потом идут многолетние травы и озимь. Наибольшие величины и изменчивость масштабов вихрей отмечаются на черноземах обыкновенных на лессах, наименьшие на серых лесных почвах.

При ливнях масштаб больших вихрей изменяется в пределах 0, 00143-0,299 м при Cv = 1,19. Микромасштаб турбулентности - 0, 0000355-0,000592, Cv=0,91. Максимальные величины масштаба больших вихрей наблюдались на естественном кормовом угодье, микромасштаб вихрей - на многолетних травах.

В некоторых случаях величины, которые характеризуют энергетическое состояние склоновых потоков превышают те же характеристики для рек.

В наших исследованиях диссипация энергии () при талом стоке изменялась в пределах 1,8 10-7-·1,903 м2/с3 при коэффициенте вариации Cv = 1,53, при ливнях - 6,4 10-6 - 0,814 при Cv=1,23.

Большие, в сравнении с реками, величины диссипации энергии в склоновых водотоках говорят о более интенсивном переходе механической энергии в тепловую.

Наибольшие величины диссипации энергии при талом стоке отмечены на озими, здесь также наблюдается и ее наибольшая изменчивость. На многолетних травах величины и изменчивость диссипации энергии минимальные. С длиной склона величины увеличиваются. Влияние уклона склона на величину неоднозначно.

Наибольшие величины диссипации энергии при ливнях наблюдаются на естественном кормовом угодье и многолетних травах. С длиной склона явной связи не прослеживается. С увеличением уклона склона диссипация энергии растет.

Анализ эмпирических кривых обеспеченности дифференцированных по характерным диапазонам влияющих факторов, показал следующее.

Агрофон влияет на величину диссипации энергии. Так, если при талом стоке агрофона в порядке убывания величины диссипации энергии располагаются следующим образом: озимь, зябь, многолетние травы, то при ливнях - естественное кормовое угодье, многолетние травы, пар, полевая дорога, пропашные и зерновые колосовые.

Тип почва также влияет на величину , однако среди подтипов почв расхождения слабеют. Так, при снеготаянии ряд почв в убывающем порядке значений величины диссипации энергии располагается следующим образом: чернозем типичный, серые лесные, чернозем обыкновенный на песках, чернозем обыкновенный на лессе, мергель, чернозем обыкновенный на мергеле; при ливневом стоке: мергель, чернозем обыкновенный на мергеле, чернозем обыкновенный на лессе, серые лесные и чернозем обыкновенный на песках. Если при талом стоке на мергелях и черноземе обыкновенном на мергеле величины минимальны, то при ливнях наоборот.

Тип снеготаяния также влияет на величину диссипации энергии. Так, при адвективном типе снеготаяния величина диссипации энергии наибольшая, при солярном типе снеготаяния - наименьшая, при солярно- адвективном типе снеготаяния принимает промежуточные значения.

Режим (по числу Рейнольдса Re) и состояние потока (по числу Фруда Fr) влияют на величины при обеих типах формирования стока. Так, при числе Рейнольдса Re > 5000 и Fr>1 максимально, при Re<700 и Fr<1 - минимально.

Примечательно, что в склоновых водотоках при снеготаянии температура воды при Re>5000 и частично при Fr>1 ниже, чем при других режимах и состояниях потока. При ливнях дифференциации кривых температуры воды по Re не наблюдается, а при Fr>1 температура воды немного ниже (температура воды при ливнях вообще выше, чем при снеготаянии).

Анализ кривых обеспеченностей рН воды и содержания химических элементов в воде склоновых водотоков при снеготаянии дифференцированных по режиму и состоянию потока показали, что при Re>5000 рН и содержание всех элементов в воде водотоков ниже, чем при Re<700. Для Fr>1 на черноземе обыкновенном на лессе рН воды ниже, чем при Fr<1, а для чернозема типичного на легком суглинке наоборот при Fr>1 рН воды выше, выше здесь и содержание в воде водотоков НСО3-. Содержание других элементов, как на черноземе обыкновенном, так и на черноземе типичном безусловно зависит от числа Fr, что отражается в расхождениях в форме кривых для разных состояний потоков. Однако, однозначно сказать при каком состоянии потока содержание веществ выше нельзя (рис.1, 2).

Агрофон и тип снеготаяния также влияют на содержание веществ в воде склоновых водотоков.

При ливнях же, наоборот, при Re>5000, а особенно четко это заметно при Fr>1 рН воды и содержание практически всех элементов выше, чем при ламинарном режиме и при спокойном состоянии, что говорит о преобладающем расходовании диссипирующей энергии при ливнях на химические реакции.

Кроме того, температурная обстановка при ливнях и талом стоке в корне отличается. При ливнях идет поступление холодной воды на прогретую солнцем почву, а при снеготаянии наоборот, более теплая вода поступает на промерзлую почву.

Расход тепла при диссипации энергии при талом стоке направлен, преимущественно, на оттаивание ложа ручейка, а при ливневом стоке - на протекание химических реакций.

При рассмотрении факторов, которые имеют влияние на мутность воды выявлено, что наличие турбулентного режима течения еще не означает интенсивный размыв почвы, тогда как наличие бурного состояния потока практически всегда сопровождает интенсивный размыв (рис.3, 4).

Эмпирические зависимости мутности воды склоновых водотоков от факторов, которые предопределяют сток и смыв, по годам отличаются как набором факторов так и степенью их влияния. Для талого стока наиболее значимыми оказались такие факторы как длина и уклон склона, глубина оттаивания почвы, температура воды, турбулентное трение, гранулометрический состав почвы. При ливнях наиболее значащими являются турбулентное трение, диссипация энергии, длина склона, агрофон, интенсивность осадков.

При введении в эмпирические модели для определения мутности воды переменных, характеризующих химический состав воды, качество зависимостей существенным образом улучшается. Особенности изменения мутности воды в склоновых водотоках, как при снеготаянии так и при ливнях свидетельствуют о необходимости проводить дифференциацию моделей по агрофонам или типам почв. При этом целесообразно учитывать химический состав воды, которая существенным образом влияет на разрушение почвенной структуры.

Диапазон изменения гидродинамических характеристик в склоновых водотоках при дождевании меньше, чем при выпадении естественных ливней, меньше и их энергетический потенциал. Здесь формируются, в основном, распластанные потоки. Вязкостное трение при орошении дождеванием относительно выше, чем при ливнях и менее изменчиво, чем турбулентное. Разность в их величинах здесь меньше, чем в естественных потоках, не редки случаи превышения вязкостным трением турбулентного. В бурном состоянии такие потоки находятся часто, однако величины чисел Рейнольдса редко достигают 5000.

Потоки, формирующиеся при орошении напуском, как правило, спокойные, режим течения ламинарный или переходной, наносы транспортируются преимущественно в близи дна. Диапазон изменения гидродинамических характеристик при орошении напуском ниже, чем у естественных водотоков, однако сопоставимы с изменчивостью характеристик водотоков, которые сформировались при дождевании. Распластанность русел при орошении напуском меньше, чем при орошении дождеванием, число Фруда в них также ниже, случаев превышения вязкостным трением турбулентного не зафиксировано.

Раздел 4. Гидрохимические процессы в склоновых водотоках. Содержание веществ в склоновом стоке определяется местом отбора проб и динамическими особенностями водотоков на момент отбора проб. Мера тесноты этих зависимостей колеблется, как для разных химических элементов, разных поверхностей, так и для разных погодно- климатических условий. В разных условиях формирования степень влияния факторов на содержание веществ в склоновых водотоках изменяется. Среди динамических характеристик наибольшее влияние на содержание веществ в склоновых водотоках имеют факторы гидравлического сопротивления.

Среди основных особенностей стока химических веществ на склонах можно выделить следующие: 1) по длине склонового водотока химический состав воды трансформируется; 2) минерализация воды по длине водотока в целом увеличивается; 3) изменение содержания веществ по длине склона носит периодический характер; 4) как правило, в водоток с поверхности водосбора поступает вода менее минерализованная в сравнении с водой в водотоке. Минерализация вод, которые поступают из водосбора, изменяется во времени.

Как правило, диапазон изменения содержания веществ в склоновом стоке выше, чем в воде атмосферных осадков (или воде, которая подается на орошение) и выше чем в водной вытяжке из почвы.

Содержание веществ в почве сильнее зависит от длины и уклона склона, чем в склоновом стоке, который определяется большей изменчивостью факторов, влияющих на последний.

Поступление веществ в склоновые воды из почвы во многом определяется составом самой воды, которая поступает на водосбор. Опыты по выщелачиванию веществ из 0-3 см пласта чернозема типичного на легких суглинках и из серой лесной почвы на лессе талой водой с добавлением разных доз удобрений показали, что в некоторых случаях увеличение доз удобрений приводит к уменьшению выхода веществ из почвы. В частности, при обработке почв растворами KCl и (NH4)2SO4 с увеличением концентраций внесенных солей вытеснения фосфора падает. В то время как при обработке почвы растворами NH4OH содержание фосфора в вытяжке увеличивается. В первом случае вытесняются фосфаты из минеральной части почвы, во втором - из органической. При обработке почвы растворами NH4OH также повышается, в сравнении с вытяжками на растворах KCl и (NH4)2SO4, выход хлоридов в 1, 2-20 раза, натрия - в 1,8 раза, кальция - в 2 раза, калия в 1, 3-1,7 раза. Выщелачивание аммония с увеличением концентраций удобрений в растворах, в основном, увеличивается. Все это говорит о том, что при моделировании процессов смыва веществ со склонов, а в конечном итоге и расчет устойчивости почв и сооружений к выщелачиванию необходимо учитывать запланированный для данной территории севооборот и соответствующую ему систему удобрений. В результате модель должна иметь значительную гибкость и чувствительность, как относительно естественных процессов, так и согласно степени антропогенного влияния.

Наблюдается зависимость содержания химических элементов в воде склоновых водотоков от гидродинамических характеристик потоков. Направленность и теснота этих взаимосвязей изменяется, как для разных элементов, так и разных динамических характеристик. Так, при дождевании содержание хлоридов имеет прямую зависимость от турбулентного трения и обратную от вязкостного. Содержание веществ в склоновых водотоках определяется характером снеготаяния, агрофоном, глубиной оттаивания почвы и рельефом местности. По длине склона, в основном, увеличивается содержание HCO3-, NO3-, Mg2+, Cl-, Ca2+, pН и сухого остатка. Содержание NH4+ по длине склона, в основном, уменьшается, исключения составляют участки возле лесных полос и гидротехнических сооружений, где их содержание немного увеличивается. Однако, пройдя лесную полосу тенденция к уменьшению содержания аммония сохраняется (рис.5).



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.