Введение к работе
Актуальность. Экологические проблемы являются одним из кардинальных вопросов современности. Наиболее острыми они выглядят в водном хозяйстве и других отраслях, связанных с во-допотреблением и водопользованием. На территории СНГ выявляются несколько районов с катастрофической ситуацией в сфере водопотребления. Один из них - бассейн Аральского моря. Нерациональное потребление воды из источников, питающих Арал, привело к резкому падению уровня воды в нем, обнажению огромных засоленных территорий бывшего дна моря, и, как следствие, к изменению климатических и гидрогеологических условий на значительной части Средней Азии.
Поверхностная технология полива, особенно полив по бороздам, является основным способом орошения в аридной зоне. Однако традиционные методики бороздкового полива имеют существенные недостатки, прежде всего в равномерности увлажнения почво-грунта по длине борозды. Одним из способов устранения этих недостатков является технология полива с дискретной подачей воды в борозду. По предварительным данным в результате реализации этой технологии происходит значительная экономия воды, что в условиях дефицита влаги является одной из самых важных проблем.
Несмотря на усиливающееся внимание к дискретной технологии полива, многие вопросы его расчета остаются нерешенными. Одним из них является определение инфильтрационных характеристик полива при различных режимах орошения и свойствах почво-грунтов. В данной работе представлены результаты лабораторных экспериментов, выраженные в обобщающих зависимостях инфильтрации, на основе которых проведен вычислительный эксперимент с целью сравнить исследуемые параметры при непрерывной и дискретной технологиях.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение характеристик инфильтрации в почво-грунтах при различных режимах водоподачи и разработка предварительных рекомендаций по применению дискретной технологии бороздкового полива. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
установить зависимости скорости впитывания и мощности промоченной зоны от типа почво-грунтов и режима дискретной подачи;
построить математическую модель процесса инфильтрации воды в почво-грунты при дискретной подаче;
- произвести сравнительную оценку равномерности увлаж
нения почво-грунтов по длине борозды при непрерывной и дис
кретной подачах.
Методы исследования. Основные экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на кафедре инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среды СПбГТУ на специально разработанной установке. В опытах использовались почво-грунты различного гранулометрического состава. Велись наблюдения за скоростью впитывания воды в модельные почво-грунты и движением фронта смачивания при различных режимах водоподачи. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением методов многофакторного регрессивного и корреляционного анализа. Кроме физического моделирования, проводилось и математическое на основе решения уравнения вертикального одномерного влагопереноса. Использование методов теории подобия и размерностей дало возможность обобщить полученные результаты и получить зависимости для определения основных параметров инфильтрации воды в почво-грунты при дискретной подаче. Применение приближенных методов гидравлического расчета движения воды в борозде и методов компьютерного моделирования позволило оценить продолжительность добегания фронта струи до конца борозды и распределение воды в почво-грунте по длине борозды при различных режимах водоподачи.
Научная новизна
установлены основные причины изменения параметров инфильтрации в тяжелых почво-грунтах при дискретной подаче воды по сравнению с непрерывной;
получены зависимости параметров инфильтрации воды в различные почво-грунты от режим водоподачи, на основе которых разработаны критериальные уравнения и статистические модели инфильтрации воды для условий дискретной и постоянной подач;
составлен численный алгоритм и проведена оценка распределения воды в почво-грунте по длине поливной борозды при непрерывной и дискретной подаче на момент достижения фронта струи конца борозды;
- определены ориентировочные границы применимости
дискретной технологии.
Достоверность результатов. Содержащиеся в диссертации выводы обоснованы использованием при проведении экспериментов стандартной метрологической аппаратуры и вычислением ошибок измерений, при выполнении расчетов на ЭВМ - применением методов математического планирования экспериментов и множественного регрессионного анализа.
Практическая ценность. Полученные модели и численные алгоритмы позволяют определять параметры инфильтрации воды при различных режимах дискретной технологии полив по бороздам и могут быть включены отдельным блоком в расчетные схемы полива. Представленные в работе зависимости могут лечь в основу оптимизации дискретного полива.
Апробация работы. Основные положения и промежуточные результаты исследований представлены в отчетах кафедры инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среды СПбГТУ по хоздоговорной теме «Разработка элементов водосбе-регающей дискретной технологии поверхностного полива из самонапорной (самотечной) оросительной сети» за 1989-90 гг., в которой автор был ответственным исполнителем, а также докладывались на научных семинарах кафедры инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среды. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 126 машинописных страниц, в том числе рисунков 38, таблиц - 22. Список использованной литературы включает 98 наименований, из них 41 зарубежных авторов.