Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса 9
1.1. Гидрогеолого-мелиоративная изученность дельты Волги 9
1.2. Режим грунтовых вод в естественных условиях и на обвалованных островах дельты II
1.3. Современное представление об особенностях режима грунтовых вод и водно-солевых балансов на рисовых картах 14
1.4. Существующие методы прогноза и регулирования режима грунтовых вод 20
2. Природные условия центральной части дельты р.Волги 21
3. Выбранное направление, условия проведения и методика исследований 25
3.1. Программа исследований и схема полевых опытов 25
3.1.I Задача исследований 25
3.1.2. Изучавшиеся вопросы 25
3.1.3. Схема опытов 26
3.2. Описание опытно-производственных участков 27
3.3. Методы исследований и обработка полевых наблюдений 34
3.3.1. Наблюдения за грунтовыми водами 34
3.3.2. Наблюдения за режимом поверхностных вод 36
3.3.3. Определение гидрогеологических параметров 37
3.3.4. Определение водно-физических свойств грунтов зоны аэрации и верхней части водоносного горизонта 39
3.3.5. Водный и солевой балансы 40
3.3.6. Математическая обработка результатов 46
4. Краткая характеристика режима грунтовых вод до эксплуатации опытных участков 46
5. Режим грунтовых вод рисовых систем и его влияние на почвы. зоны аэрации 53
5.1. Особенности уровенного режима грунтовых вод 53
5.1.1. Общие закономерности 53
5.1.2. Характер взаимосвязи оросительных и грунтовых вод на затапливаемой рисовой карте 62
5.1.3. Влияние оросительных систем на смежные территории 66
5.1.4-. Роль рек в режиме грунтовых вод орошаемых массивов 66
5.1.5. Истинный уровень грунтовых вод 68
5.1.6. Роль дренажа в уровенном режиме грунтовых вод 71
5.1.7. Размеры среднемноголетних изменений уровней грунтовых вод за летний и зимний сезоны 81
5.2. Основные закономерности в изменении химического состава грунтовых вод рисовых систем 84-
5.2.1. Особенности изменений минерализации грунтовых вод при орошении 84-
5.2.2. Черты гидрогеохимического режима, сложившегося до эксплуатации участков, и их проявление 87
5.2.3. Основные показатели гидрогеохимического режима грунтовых вод 87
5.2.4-. Соотношение минерализации и уровня грунтовых вод 89
5.2.5. "Подушка пресных вод", условия ее возникновения и существования 94-
5.2.6. Роль дренажа в формировании химического состава грунтовых вод орошаемых площадей 94-
5.2.7.Среднемноголетнее изменение минерализации грунто вых вод 99
5.2.8. Систематизация вод ключевых опытных участков по химическому составу 102
5.3. Особенности солевого режима почв зоны аэрации и его связь с подземными водами 109
5.3.1. Общие изменения характера засоления почв в процессе орошения 109
5.3.2. Распределение солей в разрезе 115
5.3.3. Влияние дренажа на химический состав почв 120
5.3.4-. Классификация почв ключевых участков по степени их засоления 121
5.3.5. Критические значения уровней и минерализации грунтовых вод 123
5.4. Водно-солевые балансы и основные пути формирова ния режима грунтовых вод 131
5.4.1. Водные балансы 131
5.4.2. Солевые балансы 142
5.5. Температурный режим грунтовых вод 152
5.6. Классификация режима грунтовых вод рисовых систем дельты Волги 153
6. Прогноз и регулирование режима грунтовых вод на рисовых системах 156
6.1. Прогноз уровней и минерализации грунтовых вод во взаимосвязи с возможным изменением засоления почв 156
6.2. Регулирование режима грунтовых вод в целях поддер жания оптимального содержания солей в почвах 160
6.2.1. К вопросу о регулировании уровня грунтовых вод 160
6.2.2. Разбавление грунтовых вод поливными 160
6.2.3. Условие создания необратимого разбавления грунтовых вод 162
6.2.4. Промывной режим поливов - способ предотвращения вторичного засоления 163
6.2.5. Промывка засоленных земель - составная часть способов регулирования режима грунтовых вод 165
6.2.6. Перспективные способы регулирования режима грунтовых вод 169
7. Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований 171
Выводы и предложения 177
Список использованной литературы
- Современное представление об особенностях режима грунтовых вод и водно-солевых балансов на рисовых картах
- Определение водно-физических свойств грунтов зоны аэрации и верхней части водоносного горизонта
- Роль рек в режиме грунтовых вод орошаемых массивов
- Водно-солевые балансы и основные пути формирова ния режима грунтовых вод
Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование устойчивости по Ляпунову
(ниже устойчивости) - предмет качественной теории дифференциальных
-уравнений.
Трудоемкий анализ с учетом математических особенностей конкретной системы необходимо выполнять в механике, физике, теории автоматического регулирования, теории сложных систем, в других областях теоретических и прикладных исследований.
Устойчивость движения твёрдого тела, спутников и гироскопических систем рассматривалась Н.Г. Четаевым [1, 2], В.В. Румянцевым [3, 4] и другими [5-7]. Вопросы смены устойчивости, бифуркации систем твердых тел исследовались в работах П.А. Кузьмина [8], А.Ю. Ишлинского [9], В.Ф. Журавлёва [10]. Устойчивость вихревых дорожек в жидкости, равновесия гибкой нити изучались Г.В. Каменковым [11], П.А. Кузьменым [12]. Устойчивость твёрдых тел с жидким наполнением рассматривались Н.Г. Четаевым [13], Ф.Л. Черноусько [14]. Устойчивость движения тел переменной массы М.Ш. Аминовым [15], А.С. Галиуллиным [16]. Устойчивость тел и гироскопических систем с упругими элементами В.Н. Рубановским [17], В.В. Румянцевым [18], устойчивость орбитальных систем с упругими конструкциями -М.К. Набиуллиным [19]. Неустойчивость равновесия консервативных систем исследовалась A.M. Ляпуновым [20], Н.Г. Четаевым [13].
Методы качественной теории устойчивости в применении к теории катастроф, теории бифуркаций и теории особенностей развиты В.И. Арнольдом [21-23].
Методы качественной теории устойчивости в контексте синергетиче-ского подхода представлены в работах А.А. Колесникова [24-26], применительно к анализу и синтезу систем автоматического управления - в работах А.Р. Гайдука [27-30].
Развитие направления работ Н.Г. Четаева в области теории устойчивости и её применений в механике представлено в работах В.М. Матросова [31,
32].
Анализ устойчивости механических систем и их приложений в небес
ной механике и космодинамике представлен работами А.П. Маркеева, Г.В.
Горра, А.А. Илюхина [33-35]. -
В общем случае математические модели поведения динамических систем самого различного вида - от моделей движения механических объектов и функционирования механических, гидромеханических, электромеханических устройств до моделей развития экономики в целом и её частей - сводится к системе дифференциальных уравнений вида
— = F(Y,t,a,u), (1)
где Y, и - векторы фазовых переменных и управляющих воздействий; а -
набор параметров, определяющих структуру и внутренние характеристики
рассматриваемой системы [36].
Для этой системы обыкновенных дифференциальных уравнений (далее ОДУ) в нормальной форме могут ставиться и решаться различные задачи: исследование множества возможных решений; оценка вторичных показателей - функционалов от этих решений и их оптимизация; влияние на эти показания отдельных параметров; оптимальное управление решениями, в первую очередь - оптимальное быстродействие;
Одной из наиболее важных задач является обеспечение устойчивости решения - близость возмущённого решения к исходному при малых возмущениях начальных данных.
Одним из основных подходов к решению задачи устойчивости является первый метод Ляпунова, который заключается в переходе от системы уравнений (1) к линеаризованной системе
— = A(t)Y + b (2)
в каком-то смысле близким к исходной, и исследованию устойчивости решения системы (2).
7 Первый метод Ляпунова распространён на задачи нелинейной теории
колебаний и аналитической теории дифференциальных уравнений, получил широкое применение в задачах механики, физики и техники [37]. Вместе с классическими методами- Аг Пуанкаре в небесной механике первый метод Ляпунова развит в фундаментальных трудах Н.Н. Боголюбова, Н.М. Крылова [38, 39], И.Г. Малкина, Ю.А. Митропольского [40, 41], Б.Ф. Былова, Р.Э. Винограда, Д.М. Гробмана, В.В. Немыцкого [42], Н.П. Еругина [43] и других [44-47].
Мощным инструментом анализа устойчивости решения непосредственно системы (1) является метод функций (второй метод) Ляпунова [48-51]. Функции Ляпунова используются в решении задач стабилизации и аналитического конструирования оптимальных регуляторов [52-54]; в задачах стабилизации для систем с запаздыванием [55], оптимального демпфирования переходных процессов [56], синтеза адаптивного управления [57], слабой инвариантности динамических систем и синтеза стратегий терминального управления [58]. Кроме этого второй метод Ляпунова используется при исследовании устойчивости химических процессов, устойчивости упругих летательных аппаратов, процессов в авиационных двигателях, в жидкости, в газе, в плазме [59, 60], процессов горения в жидкостных ракетных двигателях [61], процессов движения жидкости при постоянно действующих возмущениях [62], маг-нитно-гидро-динамических процессов [63].
Основные понятия и методы анализа устойчивости решения систем ОДУ можно характеризовать следующим образом.
1. Основные понятия теории устойчивости
1.1. Устойчивость в смысле Ляпунова. Рассмотрим нормальную систему ОДУ
cly
-^- = /,(^,,--00 j = h-,n, (3)
где t - независимое переменное (время); ух,...,уп - искомые функции; /у -функция, определённая в некотором полуцилиндре:
z=i;xDy, i; = {-<»
Dy - открытая область действительного n - мерного пространства. В матрично-векторном обозначении система (3) примет вид
(4)
где 7 =
У\
clY dt
*У\
СІУ„ dt
, F(t,Y) =
f^(t,y„...,yn) /я(*>Уі>->У,,)
Предполагается, что вектор-функция F(t,Y) непрерывна в области Z по независимой переменной t и имеет непрерывные частные производные первого порядка по зависимым переменным yv...,yn.
Действительная вектор-функция Y = 7(0 непрерывная и непрерывно дифференцируемая, определённая в некотором интервале (а,6)с/(+ и удовлетворяющая при a
В этих условиях справедлива теорема Копій [64-67]: для каждой системы значений (t0,Y0)eZ существует единственное решение системы (4):
Y = Y(t) (t0~A
Иначе говоря, в области z = /,+ х R" существует единственная интегральная кривая Y = Y(t) системы (4), проходящая через точку M0(t0, 70).
Решение (p = (p{t){a
1) все решения Y = Y(t) системы (4) удовлетворяющие условию
\\Y(t0)-
9 определены в промежутке t0 < t < оо .
2) для этих решений справедливо неравенство
\Y(t)-(p(t)\при t0
Если число 8 > 0 можно выбрать не зависящим от начального момента t0 є Т, т.е. 8 = 8(є), то устойчивость называется равномерной в области Г.
Решение cp = q>{i) (a
||Wo)-P('o)||< И ||^0,)-<^i)||^-
Решение cp =
это решение устойчиво по Ляпунову.
для любого t0 є (а, от) существует А = А(ґ0) > 0 такое, что все решения
7 = 7(0 (tQ
i-k
ІЛ/|^ЕП(ИІ+о(Іі4(/'-')І+Іі4(/'-'+А)І)<(ІІ+АІ^(^)І)))х
k=\ =0 2
x Цбг-лгі-і І + Цбг-л:/ |
С учётом ограничения 2) и неравенства (1.32) последнее неравенство примет вид:
її ' '"* rh rh
л* ^ЕП(1+т+т(1+сА))сза3+сза3
4=1 1 = 0
R,
<с3/г35](1 + — (2 + ch)y-k+i = c3/z3(l + — (2 + с/г))
<-=i 2 f=0 2
Суммируя геометрическую прогрессию, получим
(1 + ^(2 + ^))^-1
\Ri \\
ch 1 + —(2 + cA)-l
Отсюда, с учётом (1.6), вытекает неравенство
и її 2с h1 ch 'м~'
\\rA< 3 ((1 + -(2 + сй)) * -1).
11 '" с(2 + с/г) 2
Тем более справедлива оценка
Д.-
-(2+С/0(',+,-'.) ,
<с2(е2 -1)А ,
2с,
где с, =
с(2 + с/г)
При любом выборе t = tM, t = const, / є [/0, со), и при переменном і имеет место соотношение
Ul+ch )(/-/„)
с, (с2
1)й2 -»0
при h -» 0.
Из двух последних соотношений следует, что, во первых,
R,=0(h2),
во вторых,
НтЯ. =0.
/;->0
Лемма доказана. Справедлива [109, 110]
Теорема 1.2. В условиях леммы 1.2 решение задачи (1.1) устойчиво тогда и только тогда, когда
limfliE + ^Ait^ + Ait^+^iE + hAit^))))
і—>СО f_Q Z
<с2 = const (1-35)
для \/t е [tQ, оо). Решение асимптотически устойчиво тогда и только тогда, когда выполнено (1.35) и, кроме того, выполняется соотношение
limY[(E + ^(A(tht)+A(ti_c+h)(E + hA(ti_())))
^0
(1.36)
При Ґ-»со.
Доказательство. При любом выборе t = const, te[tQ,oo), и задании
й = —- будет получаться t = tM. Предельный переход в равенстве (1.33) при
i + 1
таком t влечет равенство
/і->0
7(0-7(/) = 1ітП(^ + -(^(^) + ^(^+^)(^ + ^(^))))(П->;) + Нті?і..
А->0
Стремление А к нулю равносильно стремлению /' к бесконечности. Отсюда, с учётом (1.34), для любого te[t0,oo) выполнено:
Y(t)-Y(t) = limfl(E + ^(A(ti_[) + A(ti_(+h)(E + hA(ti_c))))(Y0-Y0). (1.37)
( = 0 L
Из (1.37) с очевидностью следует утверждение теоремы. Соотношение (1.37) можно переписать в виде
Y(t)-Y(t) = Y[(E + -(A(ti) + A(ti+h)(E + hA(ti))))(Y0-Y0),
54 соответственно, соотношения (1.35), (1.36) примут вид:
П(2? + -04(',) + Л(',+й)(Д + АЛ(',))))
с2 = const для V/ є [t0, со)
П(+^(Л(О+Л(',+/0( + АЛ(О)))
1 = 0 ^
-> 0 ПрИ t -» со ,
где /, /, А связаны соотношением (1.6).
Таким образом, получены критерии устойчивости и асимптотической устойчивости (1.35), (1.36) на основе метода Эйлера-Коши. Значение данных критериев заключается в том, что они также как и критерии (1.19), (1.20) создают предпосылки компьютерного анализа устойчивости, асимптотической устойчивости либо неустойчивости решений систем линейных ОДУ. При этом анализ устойчивости, проводимый на основе критериев (1.35), (1.36), должен обеспечивать более высокую достоверность в силу улучшения оценки погрешности (1.32) по сравнению с оценкой (1.14), данной для метода Эйлера.
Современное представление об особенностях режима грунтовых вод и водно-солевых балансов на рисовых картах
Специфика поливов риса с созданием на поверхности земли слоя воды обуславливает своеобразие режима грунтовых вод рисовых карт. Б.Б.Зайцев /4-6,изд.2-е/ отмечал две принципиально возможных схемы взаимодействия грунтовых и оросительных вод: I) после смыкания последние становятся под напор горизонта воды в чеке; 2) в течение оросительного периода не происходит смыкания. Первая схема наблюдалась рядом исследователей различных районов страны /77,111, 162,168,171 и др./. Отсутствие связи в течение сезона зафиксировано В.Б.Зайцевым /46,изд.2-е/ в Краснодарском крае, дельте Терека и Ростовской области из-за образования"слитого" водонепроницаемого слоя, а также Н.И.Парфеновой /128/ в Сарпинской низменности из-за глубокого исходного залегания грунтовых вод или образования верховодки на шоколадных глинах. В дельте Волги остаются слабо изученными вопросы взаимосвязи грунтовых и поливных вод на рисовых участках, весьма туманно представление об основных показателях режима грунтовых вод. Имевшиеся до нашей работы сведения /19,20,77,161 и др./ были либо безотносительны количественной стороны поливов, либо кратковременны, либо не срдержали достаточного анализа и специальной постановки опытов.
Оросительные воды в условиях с близким положением зеркала грунтовых вод и со слабой дренированностью являются источником местных напоров /1,19,60,112,115,128,168,172 и др./, при которых горизонтальный дренаж не всегда эффективен. Возникает необходимость в определении истинных уровней /60 и др./, для чего чаще всего используются данные по разноглубоким пьезометрам /188/. Как в естественных условиях дельты Волги, так и при орошении, вопрос о наличии местных напоров в грунтовых водах остается мало изученным.
Интенсивная инфильтрация в пределах затопленных карт вызывает рассоление почв /31,32,44,66,75,137,162,168/. Если на рисовом массиве есть поля с периодически поливаемыми культурами, они могут стать областью разгрузки грунтовых вод при недостаточной дрениро-ванности территории /17,4-5/. По этой же причине происходит подъем грунтовых вод на прилегающих к рисовым массивам территориях /19, 20,32,4-6 изд.2-8,78,168,174/« Ширина зоны влияния затопленных рисовых участков составляет от 30 до 600 м. Подъем грунтовых вод на незатапливаемых территориях может привести к засолению почв зоны аэрации /37,53,111,129,168 и др./» Мелиоративная обстановка внутри рисовых систем дельты Волги и вблизи от них изучена недостаточно.
Принято считать, что вторичное засоление начинается, если уровни грунтовых вод на критической глубине или выше /5,8,16,18, 23,38,4-0,4-І,59,68,112,130,134-,144,14-8,164 и др./. Понятие "критический уровень (глубина) введено в практику М.М.Бушуевым и Б.Б.По-лыновым /36/. Они имели в виду такую глубину, при которой не происходит испарения грунтовых вод и засоления почв. Позднее определение видоизменялось. Большинство авторов либо искало универсальную величину /8,18,68,71,133,13V Для разных условий,принимая во внимание зависимость лишь от некоторых главенствующих природных факторов, либо пытались широко применить данные, полученные в условиях частного опыта и совершенно в иных природных условиях.
Косвенным признаком осознания исследователями несостоятельности обоих принципов подхода к понятию критической глубины стало появление новой терминологии: "относительная критическая глубина" /9,59/, "допустимая глубина" /18/, "эффективный критический уровень" /23/, "критический режим грунтовых вод" /І64-/ и других. Так называемые универсальные способы уточнялись в конкретных условиях и в зависимости от множества дополнительных природно-хозяйственных факторов. Вероятно, необходимо согласиться с теми /5,59,164/» кто признает необходимость учитывать при определении критического уровня всего комплекса природно-хозяйственных факторов, действующих в данных, конкретных условиях. Существенным недостатком бытующих понятий является также множественность критериев при определении степени засоленности ( по Св - иону,сумме солей ) и принимаемой к расчету мощности слоя почвогрунтов. По нашему мнению, внимание следует сосредоточить на верхнем метровом слое, в пределах которого развивается корневая система большинства сельскохозяйственных культур,и применить ставшую популярной классификацию Н.Й.Базилевич и Е.И.Панковой /12/, позволяющую определить порог токсичности солей для различных типов засоления почв. В качестве средства поддержания уровня грунтовых вод на критической глубине и ниже обычно рассматривается дренаж /18,36 и др./, однако на рисовых системах и при близком залегании грунтовых вод, его многие признают бесполезным /18,36,117/.
Определение водно-физических свойств грунтов зоны аэрации и верхней части водоносного горизонта
Они проводились в оросительных, открытых дренажно-сбросных каналах и реках. Для этого были оборудованы специальные гидрометрические посты, расположенные в местах пересечения водотоков со створами режимных скважин. На каждом из постов поставлена деревянная рейка, абсолютная отметка ноля которой определена нивелированием. Замеры уровней осуществлялись единовременно с замерами уровней грунтовых вод. Рейки полуметровой длины были установлены в каждом из чеков; при поливах затоплением по ним ежедневно определялась величина слоя воды на поверхности земли.
Отбор проб воды на полный химический анализ из каналов, рек и чеков осуществлялся три раза в год, одновременно с опробованием грунтовых вод. Для определения плотного остатка пробы отбирались из оросительных каналов ежемесячно, из дренажно-сбросных - ежедекадно, а с поверхности чеков - перед каждым сбросом.
За годы исследований выполнено 6071 анализов проб грунтовых и поверхностных вод, в том числе по участкам: "Султановский"- 1793, "Семибугоринский" - 682, "Воложка" - 961, АОМС - 2638.
Для водно-балансовых расчетов определялся коэффициент фильтрации ( кф ) верхних слоев водовмещающей толщи и грунтов зоны аэрации, насыщенных водой при поливах затоплением. На участке "Султановский", где литология наиболее разнородна, выполнено максимальное количество определений - 103, то есть практически во всех скважинах и ряде пьезометров. На остальных участках объем определений меньше (табл.Прил.1.2). Интервалы глубин для опробования выбирались так, чтобы отразить все особенности литологического и стратиграфического состава грунтов. Определение коэффициента фильтрации проводилось методом восстановления уровня воды в скважине после откачки. По мнению Н.Н.Биндемана /15/, восстановление уровня часто дает более качественные результаты, чем откачка, так как в пусковой период откачки дебит обычно сильно колеблется из-за неравномерной работы насосного оборудования. Процесс восстановления не зависит от технических причин, а потому может дать более точные результаты. Метод удобен, прост, не требует громоздкого оборудования, часто применяется в различных условиях /15,21, 183/ и наиболее подробно описан в работе Н.Н.Биндемана /15/, в инструкции научно-исследовательского института Гидропроект им. С.Я.Жука /49/. Ход определения следующий: в скважине замерялся статический уровень, а затем насосом типа "Иматра" из нее откачивалась вода до тех пор, пока на забое не оставался слой мощностью около 10 см. В конце откачки фиксировался дебит, а по прекращении ее замерялся уровень воды в скважине и проводились дальнейшие наблюдения за ходом его восстановления. Для расчета применялся графоаналитический метод. Коэффициент фильтрации составляет /49/:
При определении коэффициента фильтрации сухих грунтов зоны аэрации, который называют еще коэффициентом водопроницаемости /I/, коэффициентом поглощения /71/, использован классический метод наливов с применением прибора Н.С.Нестерова. Он неоднократно описан в специальной литературе /58,72,175/.
Наливы производились с поверхности земли, в пределах балансовых карт. Со стабилизацией расхода опыт прекращался. Точность "" составляет 8,82-11,2 %. Всего выполнено 40 наливов.
Параметр ji при подъеме уровней грунтовых вод обычно принимается за недостаток насыщения ( JU,H ), а при спаде - за водоотдачу ( Jig ). Методы его определения наиболее полно систематизированы в работах /1,55,72,107,109/. Для составления водных балансов важно знать параметр JI в начале и конце расчетного периода, то есть весной ( JiH ) и осенью ( Jig ). Он соответственно равен /1,107/:
В процессе закладки режимной сети из каждой скважины был произведен отбор проб грунтов для определения гранулометрического состава и удельной массы всех литологических разностей в разрезе. Анализ механического состава выполнялся комбинированным способом /64/ - ситовым и пипеточным. Грунты классифицировались по Н.А.Ка-чинскому. Удельная масса получена пикнометрическим методом /175/. Пробы для определения объемной массы скелета и влажности грунтов отбирались в двукратной повторности с помощью бурения в постоянных точках, на глубинах: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 -до уровня грунтовых вод. Сроки отбора совпадали с началом и концом балансовых периодов. При отборе на объемную массу использовался бур Колесникова с режущим кольцом объемом в 50 см3.
Влажность получена весовым методом. Статистическая обработка результатов показывает на высокую точность опыта ( р =0,4...1,5%). Пористость ( /ь ) рассчитывалась послойно, по известным удельной и объемной массе /143/. Полная влагоемкость ( Wn ) определялась /175/ на образцах с нарушенной структурой, в трубках СПЕЦГЕО, с точностью не более 0,73 % при среднем отклонении средней арифметической 1.73. Предельная полевая влагоемкость ( Wng ) находилась в поле, на балансовых картах, методом заливаемых площадок /175/ . Высота капиллярного поднятия ( hK ) воды в почве находилась по распределению влажности /II/ в точках, типичных по геологическому строению зоны аэрации. Необходимая для этого максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) получена по методу А.Ф.Лебедева /П/.
Для выявления водно-физических свойств грунтов всего выполнено 10604 определений, в том числе по участкам: "Султановский" - 2992, "Семибугоринский" - 1772, "Воложка" - 923, АОМС - 4917.
Роль рек в режиме грунтовых вод орошаемых массивов
Характер влияния рисовых систем на уровни грунтовых вод смежных территорий показан на рисунке 5.8. С рисовыми участками граничат два типа территорий : I) узкие полосы шириной до 500 м, как бы зажатые между оросительной системой и рекой; 2) неиспользуемые под посевы части острова, простирающиеся без естественных водных границ на значительном протяжении. Первые подвержены влиянию рек -(участок "Султановский", а). Другие хотя и зависят преимущественно от орошения на рисовой системе (участок АОМС, б), но только в непосредственной близости от ее границы - на расстоянии 20...70 м, Если оградительный дренаж работает плохо, а смежная территория не обвалована и подвергалась паводковым затоплениям (участок "Семибугоринский", в), уровни воды в скважинах смежной территории могут подняться к дневной поверхности.
Роль рек в режиме грунтовых вод орошаемых массивов 1 режима грунтовых вод при орошении появляется особенность: в определенные периоды года (чаще всего - это лето или осень) зер 5 кало грунтовых вод, фиксируемое с помощью режимных скважин, возвышается над поверхностью речной воды. Река дренирует участок, чего, как мы уже убедились, не бывает на обвалованных неорошаемых островах. Эта особенность присуща не только постоянно затапливаемым, но и периодически поливаемым полям рисового участка. Продолжительность времени дренирования рекой зависит как от интенсивности поливов, так и от осеннего положения поверхности воды в реке (рис.5.9). Средние значения разностей напоров, а также продолжительность их наличия приведены в приложении 4-. При орошении формирование уровенного режима грунтовых вод становится как бы независимым от реки: в годы с паводками различного размера, но при одинаковом способе и интенсивности поливов культур нет существенного различия между абсолютными отметками поверхности грунтовых вод (табл.5.б). Кроме того, продолжительность периода высокого стояния уровня грунтовых вод, как правило, превосходит время паводкового подъема речных вод. В отличие от естественных условий, для орошаемых массивов не характерно увеличение глубины залегания грунтовых вод с удалением точки наблюдения от реки, что легко проследить по любому из календарных графиков режимных наблюдений (прил.2).
Как показывает рисунок 5.9, на рисовых картах практически постоянно существуют источники напора ( река, каналы, затопленные чеки, "бугры растекания"), поэтому при бурении всегда фиксируется расхождение между глубинами появления и статическими уровнями воды в скважинах. Соотношение этих глубин выражается прямолинейными зависимостями (рис.5.10), которые свидетельствуют о сравнительной неизменности во времени величин напоров. Установившийся уровень обычно на 0,2... 0,4 м выше вскрытого, часто называемого мелиораторами истинным. годаря слоистому строению геологического разреза.
Как известно, горизонтальный дренаж начинает работу лишь в том случае, если он вскрывает грунтовые воды на истинной глубине их залегания. В таблице 5.7 показаны условия получения минимального дренажного стока на одном из ключевых участков: дно дрен должно быть заглублено под истинный уровень грунтовых вод на 0,44...0,98 м при поливах с постоянным затоплением и на 0,0...0,5 м - при периодических поливах. Заглубление под статические уровни в скважинах должны составлять 0,69...1,29 и 0,26...0,83 м.
Графики среднемесячных уровней грунтовых вод (прил.5) позволяют определить в обобщенном виде периоды работы дренажа различной глубины. Рисунок 5.II служит примером выделения таких периодов. Анализ кривых по всем опытным участкам показывает, что для круглогодичной, непрерывной работы дренажа при различных способах поливов его глубина заложения должна быть не менее 3,3 м на участках АОМС и "Султановский", 2,6...3,6 (2,6 м - вне шлейфа бэровского
Откачка воды из открытых дрен осуществлялась обычно с апреля по октябрь, без перерывов. Представление об интенсивности работы открытых дрен дает приложение 6 (табл.Прил.6.1, табл.Прил.б.2). Значения модуля дренажного стока находятся в пределах 0,15...1,08 л/(с . га) - для участка АОМС, 0,75...1,11 л/(с . га) - для участка "Воложка", 0,80...1,30 л/(с . га) - для участка "Султановский", 0,58...0,80 л/(с .га) - для участка "Семибугоринский". Закрытый горизонтальный дренаж на участке АОМС действовал постоянно или периодически вслед за постоянством Й периодичностью поливов на подкомандной ему территории. Общая количественная характеристика дренажного стока сосредоточена в таблице Прил.б.3. Значения модулей дренажного стока колеблются в пределах - от 0,52 до 7,52 л/(с . га), коэффициенты варьирования " V " значений дренажного стока при поливах с постоянным затоплением составляют 20...22 %, а при периодических поливах - до 69 % с соответствующими среднеквадратичными отклонениями " о " порядка 0,39... 0,43 и 0,04...1,41 л/(с .га). Данные таблицы показывают на тенденцию уменьшения модулей дренажного стока с увеличением междренных расстояний от 30 до 90 м и с уменьшением глубины заложения дрен от 2,2 до 1,5 м. Обращают на себя внимание повышенные значения модулей при поливах с постоянным затоплением - в 1,8...4 раза больше, чем при периодических поливах. Кроме того, дренажный сток из закрытых дрен гораздо интенсивнее, чем из открытых. Представление о колебании стока во времени можно получить из рис.5.12, а подробная характеристика значений по каждой из закрытых дрен участка приведена в таблице Прил.б.4. Для закрытых дрен прослеживается зависимость модулей дренажного стока от величины действующего
Водно-солевые балансы и основные пути формирова ния режима грунтовых вод
Сравнительное постоянство изменений в положении зеркала грунтовых вод за сезон при каждом способе полива может служить основанием для его прогнозирования. В таблице 5.9 приведены результаты расчета среднемноголетних значений таких изменений, включающие проверку гипотезы о принадлежности вариант по критерию Т . Проверка показала, что существенно отличаются при 5 %-ном уровне значимости варианты, относящиеся к первому году эксплуатации участка "Султановский". Это дало основание для выделения их из ряда, по которому находились средние значения, хотя при более строгом подходе (I % уровень) оснований для выделения нет. Среднемноголет-ние изменения уровней за сезон невелики, исчисляются десятыми,а то и сотыми долями метра, поэтому часто переменны по знаку.
Итак, в связи со спецификой поливов риса отмечается ряд особенностей уровенного режима грунтовых вод: I. Орошение играет решающую роль в формировании уровней грун товых вод: а) на постоянно затапливаемых картах быстро происходит полное или почти полное смыкание поливных и грунтовых вод, после чего образуется сплошной поток, который становится под напор наиболее высоких уровней воды в чеках, оросителях, превышающих порой весен ний паводковый уровень в реке; б) на полях с периодически поливаемыми культурами полного смыкания поливных и грунтовых вод не происходит; последние нахо дятся в вегетационный период на глубинах порядка 0,5...1,9 м, ко леблясь в зависимости от частоты поливов и количества поданной воды. 2. После первого сезона эксплуатации каждого участка резко уменьшаются меженные глубины залегания грунтовых вод с последующей их стабилизацией в определенных пределах. 3. При интенсивных поливах увеличивается годовая амплитуда колебания уровней грунтовых вод, скорости весенне-летнего подъема и передачи гидростатического напора.Средние установившиеся летние уровни зависят от оросительных норм, если последние не превышают
32 тыс.м3/га. Для верхней части разреза (до 7 м) характерно преимущественно горизонтально направленное перемещение вод по водопроницаемым прослоям, для нижней - нисходящие токи. Грунтовые воды постоянно обладают местнышнапорами, вследствие чего существует расхождение между глубинами их появления ("истинными") и статическими ( "кажущимися") уровнями. 4. Затопленные рисовые участки оказывают влияние на уровни грунтовых вод сменных территорий в зоне шириной 20 ... 70 м. 5. В отличие от обвалованных неорошаемых островов, рисовым участкам присущи периоды дренирования рекой. 6. Работа дренажа находится в тесной взаимосвязи с уровенным режимом грунтовых вод: а) минимальный дренажный сток в вегетационный период возможен при среднем заглублении дна дрен под уровень грунтовых вод, фикси руемый в скважинах,на 0,5...1,0 м; для его получения в зимнее вре мя глубины дрен должны составлять не менее 2,6...3.3 м ; б) средняя зона влияния открытых дрен - 50...80 м, закрытые дрены влияют на уровни грунтовых вод в пределах всего междренья; в) закрытый дренаж с междреньями 30...90 м снижает уровни грунтовых вод не более чем на 0,4...0,7 (чаще - 0,2...0,3) м ; г) характер передвижения грунтовых вод к дренам тесно связан с особенностями литологии грунтов. 7. Среднемноголетние изменения уровней грунтовых вод за сезон невелики и практически постоянны для различных способов полива.
При орошении чаще всего происходит разбавление грунтовых вод поливными (прил.П). Для участков "Султановский", "Семибугорин-ский" и "Воложка" характерна практически полная реставрация солей в грунтовых водах за зиму (рис.5.17), тогда как на участке АОМС после 2...3 лет возделывания набора культур рисового севооборота в большинстве случаев (скв 3,17,73,12,37,56,32 на рис.5.18) происходит снижение минерализации грунтовых вод с последующей ее стабилизацией.
На прилегающих к оросительным системам территориях минерализация обычно повышена, если скважина удалена от реки (скв II участка "Воложка", см.рис.5.17),и незначительна в прибрежной зоне ( скв 21.,,25 участка "Султановский"). Скопление солей характерно для шлейфов бугров Бэра (уч.Семибугоринский,скв.ЗЗ).
