Введение к работе
Актуальность темы. Получение высокого урожая сельскохозяйственных культур было и остается важной научной и народнохозяйственной проблемой. Одним из наиболее важных факторов, определяющих условия получения высокого урожая, является влажность почвы. Несоответствие между ішещейся в почве плагор и потребностью в ней растений приводит к неустойчивости урожаев от года к году. Поэтому правильная^оценка состояния сельскохозяйственных культур и планирование различных агротехнических мероприятий в сложившихся агрометеорологических условиях во многом зависят~от точности определения (прогнозирования) элементов водного баланса корнеобитаемого слоя почвы. Одним из широкораспространенных методов определения зтих элементов является расчетный метод, основанный на решении уравнения влагопереноса в почве, которое составляет основу почвенного блока динамических моделей продуктивности агрозкосистем. Уравнение влагопереноса, как правило, решается методом конечных разностей, т.е. численно. Точность таких численных моделей зависит от многих факторов.
Вопросы точности полностью или частично могут быть решены путем сравнения результатов расчетов или с экспериментальными данными или же с результатами точных аналитических решений тестовых задач.
При втором подходе отпадают все трудности, связанные с
і организацией и проведением натурного опыта и, что более важно,
вычислительные проблемы, связанные с отработкой разностной схемы, выступают в чистом виде. Этот способ из-за сложности получения точных аналитических решений для уравнения влагопереноса не нашел широкого применения. no3ror,fy получение
таких решений той или иной меры полноты для уравнения влагопереноса является актуальным.
Целью данной диссертационной работы является получение точных аналитических решений дли одномерного нестационарного уравнения влагопереноса в почве с переменными коэффициентами и разработка методики их использования при построении численных схем решения задач о динамике почвенной влаги. В этой связи потребовалось решить следующие задачи:
получить тачные аналитические решения, определить их параметры и пространственно-временные структуры;
дать физическую икте^Гретаїуію процессов, описываемых полученными решениями;
разработать критерии выбора того или иного решения как основы тестовой задачи при исследовании процессов влагопереноса в почве;
использовать полученные точные решения при разработке численной модели расчета динамики влаги в почве;
предложить методику их применения в исследовательских и прикладных задачах.
Научная новизна. В настоящей работе:
получено пять точных аналитических решений уравнения влагопереноса в почве и проведен анализ пространственно-временной динамики как их самих, так и потоков, определяемых по ним;
даны рекомендации по использованию полученных решений при разработке численных схем, а также предложена методика определения их параметров;
полученные точные решения использованы при разработке численной модели расчета динамики влаги ь почве (опытные авторские испытания показали ее высокую адекватность);
предложена методика применения полученных- решений в исследовательских и прикладных задачах, в частности в задачах исследования образования просохшего слоя при иссушении и фронта промачивания при ифильтрации влаги в почву;
теоретическим путем получено две константы, которые могут рассматриваться как комплексные гидрофизические константы для тех почв, в которых капиллярно-сорбционнып потенциал и
'коэффициент влагопроводности могут аппроксимироваться соответственно показательными или экспонециальными зависимостя-
ми.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы послужат основой улучшения численных схем влагопереноеа в почве путем подбора оптимальных аппроксимаций конечными разностями как самого уравнения, так и краевых условии; оптимизации шагов интегрирования по времени и пространству, а также, возможно, по выбору численных процедур учета испарения и осадков (поливов). Полученные аналитические решения имеют и самостоятельное значение в том плане, что они могут послужить основой для количественного исследования таких процессов как иссушение почвы, инфильтрация воды и миграция химических элементов в почву. Предложенная численная модель (без учета растительности}, разработанная с использованием полученных аналитических решений может применяться для оценки влагообеспеченности почв.
Апробация работы. Материалы и основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на конференциях молодых ученых Гидрометцентра СССР г.Москва, 1990р. и Института Экспериментальной Метеорологии г.Обнинск,1991 г.; на конференции по итогам научно-исследовательской работы Одесского Гидрометеорологического института г.Одесса, 1990г.; на научных
семинарах отдела искусственного климата института Земледелия г.Баку, 1989 и 1990 гг.; в лаборатории моделирования гидрологического цикла суши института водных проблем АН СССР г.Москва, 1991р.
Публикации. По результатам исследований опубликовано четыре научных работы, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов и выводов, списка литературы (171 наименование, в том числе 78 иностранных) и приложения. Общий объем диссертации составляет 231 страницу,в том числе 36 рисунков, 23 таблицы, литература lb стр. и приложение 64 стр..
