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 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Ресурсы почвенных вод и водообеспеченность агроценозов в условиях юга русской равнины

-- [ Страница 2 ] --

где - глубина корнеобитаемого слоя почвы; - средняя влажность по глубине корнеобитаемого слоя почвы; - время; - интенсивность атмосферных осадков; - интенсивность поверхностного (склонового) стока; - интенсивность почвенного стока; - интенсивность суммарного испарения; - интенсивность вертикального водообмена корнеобитаемого слоя почвы с лежащими ниже его слоями зоны аэрации или с грунтовыми водами.

Анализируются подходы к оценке основных элементов водного баланса корнеобитаемого слоя почвы: атмосферных осадков, вертикального водообмена корнеобитаемого слоя почвы с лежащими ниже горизонтами, склонового стока и почвенного стока. Дается краткий обзор и анализ основных методов расчета суммарного испарения, в результате чего для решения поставленных задач был выбран метод, подробное описание которого приводится ниже.

2.2. Метод расчета суммарного испарения, его составляющих и запасов воды в почве

2.2.1. Расчетные зависимости

Для оценки ресурсов почвенных вод и их параметров используется модель суммарного испарения, позволяющая определить его структуру (Будаговский, 1964). Суммарное испарение в общем случае включает в себя испарение воды почвой и транспирацию

(3)

Испарение воды почвой определяется (Будаговский, Шумова, 1976)

(4)

(5)

(6)

(7)

, , (8)

где - потенциальное испарение воды почвой (испарение со смоченной поверхности почвы); - эмпирический параметр, зависящий от водно-физических свойств почвы; - запасы воды в расчетном слое почвы; - атмосферные осадки; и - функции температуры воздуха; - функция относительной площади листьев; - функция скорости ветра; - дефицит влажности воздуха; - радиационный баланс; - коэффициент, зависящий от географической широты и времени года; - относительная площадь листьев; - поток тепла в почву; - скорость ветра; - производная насыщающей упругости водяного пара от температуры воздуха .

Транспирация определяется (Будаговский, Шумова, 1976)

(9)

(10)

(11)

(12)

, (13)

, (14)

где - критические запасы воды в почве, - потенциальное испарение (при ); и - функции скорости ветра; и - функции относительной площади листьев; и – эмпирические коэффициенты.

Расчет запасов воды в почве по интервалам времени производится по формуле (Будаговский, Шумова, 1976)

(15)

где и - запасы воды в почве в начале и конце расчетного интервала времени соответственно. При и определяются по соотношениям

(16)

(17)

при и принимают вид

(18)

(19)

В принципе модель формирования почвенных вод универсальна, то есть может быть использована для оценки динамики суммарного испарения и продуктивных запасов воды в почве в разных физико-географических зонах.

2.2.2. Исходные материалы и техника расчетов

Для расчета суммарного испарения, его составляющих (испарения воды почвой и транспирации) и запасов воды в почве используются средние многолетние материалы стандартных наблюдений 45 агрометеорологических станций, равномерно освещающих территорию лесостепной и степной зон и частично выходящих за ее пределы (рис. 2). Исследуемая территория отличается высокой пространственной неоднородностью. Средний многолетний коэффициент увлажнения (Высоцкий, 1960), полученный по материалам наблюдений указанных выше станций, изменяется от 1,12 на северо-западе исследуемого региона до 0,18 на юго-востоке в низовьях Волги; значения гидротермического коэффициента (Селянинов, 1958) изменяются соответственно от 1,68 до 0,30 (Шумова, 2005). Для характеристики межгодовой изменчивости выбрано 6 характерных станций (Безенчук, Ершов, Каменная Степь, Мироновка, Гигант, Одесса), отражающих все многообразие природных условий исследуемого региона.

Подробно описываются все параметры, входящие в расчетные зависимости, и техника расчетов. Расчет проводится по декадным интервалам времени с начала первой декады после схода снежного покрова весной до конца последней декады с положительной температурой воздуха осенью. Для южных районов, где в зимнее время в среднем за декаду отрицательные температуры воздуха не наблюдаются, расчет проводится за календарный год.

Рис. 2. Схема расположения агрометеорологических станций

Точечные линии - границы лесостепной и степной зон (Берг, 1947; Берг, 1952). Светлые кружки - агрометеорологические станции, для расчетов по которым используются средние многолетние данные; темные - данные за ряд лет. 1 Нолинск, 2 - Ройка, 3 - Казань, 4 - Немчиновка, 5 - Шокино, 6 - Михайлов, 7 - Самара, 8 - Безенчук, 9 - Ростоши, 10 - Ушаково, 11 - Оренбург, 12 - Воронеж, 13 - Глухов, 14 - Саратов, 15 - Нижнедевицк, 16 - Ершов, 17 - Уральск, 18 - Чингирлау, 19 - Каменка, 20 - Каменная Степь, 21 - Владимир-Волынский, 22 - Белогорка, 23 - Мироновка, 24 - Полтава, 25 - Джаныбек, 26 - Беловодск, 27 - Эльтон, 28 - Новая Ушица, 29 - Капустин Яр, 30 - Кировоград, 31 - Черный Яр, 32 - Волноваха, 33 - Константиновский, 34 - Харабали, 35 - Мариуполь, 36 - Кишинев, 37 - Херсон, 38 - Гигант, 39 Одесса, 40 - Аскания-Нова, 41 - Кирилловка, 42 - Сарата, 43 - Кореновск, 44 - Краснодар, 45 - Золотушка

2.3. Биометрические параметры растительного покрова

В расчетные зависимости входит величина относительной площади листьев, являющаяся одной из важнейших характеристик растительного покрова. Описывается методика и результаты прямой и косвенной экспериментальной оценки биометрических параметров растительного покрова (Бусарова, Шумова, 1987). Выполненные обобщения экспериментального материала в сочетании с данными стандартных наблюдений агрометеорологических станций позволяют получить значения относительной площади листьев с различной степенью точности в зависимости от наличия материалов наблюдений за посевами сельскохозяйственных культур и учитывая конкретные климатические условия (Шумова, 1994; Shumova, 1994). Проведенные оценки ошибок показали, что использование в расчетах величин относительной площади листьев, полученных с различной степенью точности, не приводит к существенным погрешностям в расчетах суммарного испарения и его составляющих.

2.4. Оценка точности метода расчета

Оценка точности метода расчета проведена путем сравнения вычисленных запасов воды в метровом слое почвы с измеренными, а также путем сравнения вычисленных величин суммарного испарения с величинами, полученными по уравнению водного баланса, для полей яровой пшеницы, кукурузы и полей, занятых под пар по девяти станциям лесостепной и степной зон (Омск, Самара, Безенчук, Ершов, Семипалатинск, Мироновка, Черный Яр, Гигант, Одесса) в общей сложности за 76 лет (Шумова, 2003). Среднее квадратическое отклонение рассчитанных величин продуктивных запасов воды в метровом слое почвы от измеренных равно 21 мм, систематическая ошибка составляет 2,5%, что находится в пределах ошибки измерений запасов воды в почве (рис. 3). Среднее квадратическое отклонение рассчитанных величин испарения и величин испарения, полученных по уравнению водного баланса на основе измеренных значений запасов воды в почве и атмосферных осадков, близки аналогичным оценкам точности расчета запасов воды в почве (рис. 4).

Рис. 3. Сравнение измеренных и рассчитанных продуктивных запасов воды в метровом слое почвы

Рис. 4. Сравнение нарастающих сумм испарения, полученных по уравнению водного баланса и рассчитанных

Выполненные оценки показывают, что модель обладает достаточной точностью и может быть использована для расчетов суммарного испарения и запасов воды в почве как в условиях применения традиционной агротехники, так и при оценке эффективности различных приемов управления водным режимом почвы.

Глава 3

Ресурсы почвенных вод и их формирование

3.1. Ресурсы почвенных вод лесостепной и степной зон

Как было сказано выше, количественной оценкой ресурсов почвенных вод является величина суммарного испарения за безморозный период. В результате проведенных по зависимостям (3) – (19) расчетов получены средние многолетние величины суммарного испарения посевов яровой пшеницы, представленные на рис. 5. На этом рисунке довольно четко прослеживается тенденция уменьшения испарения с северо-запада на юго-восток. Кроме того, обнаруживается локальная пестрота, когда две близко расположенных друг от друга станции имеют заметно различные значения исследуемой величины (Шумова, 1991).

Рис. 5. Средние многолетние величины суммарного испарения полей яровой пшеницы за безморозный период, мм Рис. 6. Средние многолетние величины весеннего пополнения продуктивных запасов воды в метровом слое почвы , мм

Для лесостепной и степной зон, где сток дождевых осадков наблюдается редко и пренебрежимо мал по сравнению с годовым стоком, а водообмен между почвенными и грунтовыми водами на сельскохозяйственных полях практически отсутствует, для периода от полного схода снежного покрова и стекания талых вод до наступления отрицательных температур воздуха осенью (безморозный период) справедливо соотношение

, (20)

где - суммарное испарение за безморозный период; - осадки безморозного периода; - изменение запасов воды в почве за безморозный период; и - запасы воды в почве в начале (весной) и в конце (осенью) безморозного периода. Для средних многолетних условий справедливо соотношение , где - изменение запасов воды в почве за зиму (весеннее пополнение запасов воды в почве).

В результате выполненных расчетов для полей яровой пшеницы лесостепной и степной зон получены средние многолетние величины продуктивных запасов воды в почве на момент полного схода снежного покрова весной и на момент перехода температуры воздуха через 0ОС осенью и оценены величины весеннего пополнения запасов воды в почве (рис. 6). Величины весеннего пополнения запасов воды в почве отличаются значительной пространственной изменчивостью, основные причины которой анализируются на примере результатов расчетов для трех сравнительно близко расположенных агрометеорологических станций – Воронежа, Нижнедевицка и Каменной Степи (Шумова, 1991). Наименьшие значения весеннего пополнения запасов воды в почве наблюдаются на северо-западе исследуемого района, составляя во Владимире-Волынском 4 мм, в Шокино – 25 мм, наибольшие - на востоке, достигая в Оренбурге 164 мм. Межгодовая изменчивость величин весеннего пополнения запасов воды в почве отличается значительными величинами средних квадратических отклонений, которые изменяются для характерных станций от42 до 55 мм при средних значениях от 30 до 79 мм, а коэффициенты вариации для станций Мироновка, Гигант и Одесса равны или превышают единицу. На всех шести характерных станциях имеют место случаи, когда к моменту полного схода снежного покрова запасы воды в почве оказываются ниже, чем их осенние значения .

На основании эмпирической зависимости между средними многолетними значениями суммарного испарения за безморозный период и осадками того же периода (рис. 7) оценены зональная и локальная величина весеннего пополнения запасов воды в почве (Шумова, 1991). На рис. 7 пунктиром показана прямая, отвечающая случаю, когда суммарное испарение за безморозный период равно осадкам за тот же период . Отрезок ординаты между пунктирной прямой и кривой равен средней (зональной) величине весеннего пополнения запасов воды в почве . А такой же отрезок между пунктирной прямой и конкретной точкой равен локальной величине весеннего пополнения запасов воды в почве . Разность между указанными величинами можно рассматривать в качестве величины, характеризующей локальную пространственную неоднородность весеннего пополнения запасов воды в почве , причинами которой являются различия локальных условий снегораспределения и водопроницаемости почв в период снеготаяния и стекания талых вод. Значения величин локальных отклонений весеннего пополнения запасов воды в почве на исследуемой территории (рис. 8) находятся в диапазоне от -54 мм (Владимир-Волынский) до +49 мм (Капустин Яр).

Показано, что средняя многолетняя величина ресурсов почвенных вод (суммарного испарения с сельскохозяйственных полей за безморозный период) практически не зависит от вида возделываемой культуры и, что существенно важно, для их приближенной оценки можно использовать средние многолетние величины суммарного испарения с речных бассейнов, вычисленных по уравнению водного баланса на основе материалов измерения речного стока и атмосферных осадков (Шумова, 2005). Различия между величинами суммарного испарения с сельскохозяйственных полей за безморозный период и испарения с речных бассейнов за год лежат в пределах ошибок измерения зимних осадков или вводимых в них поправок.

Рис. 7. График связи между средними многолетними осадками и суммарным испарением с сельскохозяйственных полей за безморозный период и - соответственно зональная и локальная величина весеннего пополнения запасов воды в почве Рис. 8. Средние многолетние величины локальной пространственной неоднородности весеннего пополнения запасов воды в метровом слое почвы , мм Темными кружками отмечены станции, на которых


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.