Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Факторы, влияющие на интенсивность овражной эрозии 8
1.2. Методы прогноза овражной эрозии 17
КЗ. Способы проектирования противоовражных технологий 31
1.4. Цель и задачи исследования 40
2. Математическая модель прогноза овражной эрозии 42
2.1. Постановка задачи 42
2.2. Эрозионная стойкость стокоформирующей овражно-балочной поверхности 45
2.3. Направление, скорость, расход и продолжительность стока атмосферных осадков 51
2.3.1. Определение направления стока атмосферных осадков 54
2.3.2. Скорость стока и расход воды в замыкающем створеводосборной площади 59
2.3.3. Продолжительность стока атмосферных осадков 74
2.4. Деформация и скорость деформации подстилающей поверхности 90
2.5. Скорость роста вершины оврага 97
2.6. О форме развития оврага. Объем, площадь 106
2.7. Алгоритм расчета овражной эрозии. Выводы по главе 111
3. Методика экспериментальных исследований 114
3.1. Объект и задачи исследований .114
3.2. Лабораторное устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника 114
3.3. Методика и устройство для измерения потенциала эрознойной стойкости почвогрунтов в полевых условиях 117
3.4. Методика и устройство для определения гидрофизических свойств в полевых условиях 120
3.5. Лабораторное устройство для моделирования и изучения течения жидкости тонким слоем но стенке обрыва 124
4. Результаты экспериментальных исследований 128
4.1. Результаты лабораторных исследований по изучению направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника 128
4.2. Результаты полевых исследований по определению потенциала эрозионной стойкости почв 132
4.3. Результаты экспериментальных исследований по определению гидрофизических свойств почв 155
4.4. Результаты лабораторных исследований по изучению течения жидкости тонким слоем по стенке обрыва 157
4.5. Выводы по главе 162
5. Предложения по совершенствованию методики проектирования противоовражных технологий, технических средств и сооружений 164
5.1. Методика проектирования противоовражных технологий 164
5.2. Предложения по совершенствованию противоовражных технических средств 175
5.3. Технико-экономическая оценка противоовражной мелиорации 189
5.4. Выводы по главе 197
Общие выводы . 199
Литература 202
Приложения 216
- Факторы, влияющие на интенсивность овражной эрозии
- Направление, скорость, расход и продолжительность стока атмосферных осадков
- Лабораторное устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника
- Результаты полевых исследований по определению потенциала эрозионной стойкости почв
Введение к работе
Эрозия почв отрицательно влияет практически на все отрасли сельскохозяйственного производства: сокращаются площади, удобные для сельскохозяйственного использования; снижается производительность работы сельскохозяйственной техники на склонах, расчлененных промоинами и оврагами; ухудшается экологическая обстановка; заиливаются малые реки и водоемы; снижается продуктивность сельского хозяйства.
Водной эрозии почв подвержено более 45% пахотных земель Российской Федерации, в том числе 81,3% земель Чувашской Республики. В результате действия эрозионных процессов на территории России площади эродированных земель ежегодно возрастают до 400.,,500 тыс. га, десятки тысяч гектаров пашни разрушаются оврагами. По данным [86] общая площадь оврагов составляет более 2,5 млн. га. Если средние многолетние скорости роста оврагов в земледельческих областях центра России составляют 1,0,,.1,5 м/год, то максимальные скорости оврагов на территории Чувашии, Татарстана, Саратовской и Пермской областях и Алтайского края достигли 15...25 м/год [86]. По данным Госкомзема Чувашской Республики самыми эродированными районами являются: Аликовский, Козловский, Моргушский, Чебоксарский, Урмарскцй, Цивильский, Ядринский.
Для решения задачи защиты почв от овражной эрозии существенную помощь может оказать достаточно точный прогноз эрозионных процессов. К настоящему времени разработано множество методов прогноза почвенной эрозии, однако далеко не все из них обеспечивают необходимую точность расчета, особенно овражной эрозии.
Эффективной и наглядной формой представления результатов расчета овражной эрозии, прежде всего определение направления и скорости роста вершин действующих и вновь образуемых оврагов, является топографическая карта местности в изолиниях расчетной прогнозируемой величины. Применение современных технических средств позволяет автоматизировать построение карт- различного назначения. Однако построение прогнозных эрозионных карт встречает ряд трудностей:
1) проблематичность выбора прогнозируемых величин, адекватно характеризующих процесс овражной эрозии;
2) несовершенство применяемых математических моделей расчета овражной эрозии;
3) достаточно большая сложность самого процесса овражной эрозии, обусловленного влиянием на него многочисленных факторов;
4) неполный объем исходной статистической информации.
Цель исследований. Изыскание способов и технических средств для предотвращения овражной эрозии.
Объекты исследований. Почвы склоновых и овражно-балочных земель и взаимодействие их с водным потоком; технологические и технические средства защиты почв от водной эрозии.
Методы исследований. Математическое и физическое моделирование, прикладная геостатистика, гидродинамика, земледельческая механика.
Научная новизна. Применение комплексного подхода к разработке математической модели прогноза - овражной эрозии и методики проектирования противоовражных технологий и технических средств на склоновых и овражно-балочных землях,
В качестве интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почвогрунтов принят «потенциал эрозионной стойкости» (ПЭС), представляющий собой энергию, затраченную на разрушение и вынос единицы массы почвы в конкретных условиях ее залегания.
Разработаны следующие математические модели: направления, скорости, расхода и продолжительности стока атмосферных осадков; деформации и скорости деформации подстилающей поверхности; прогноза скорости роста вершины оврага, объема и площади оврага.
Разработаны: способ, устройство и методика определения ПЭС в полевых условиях; устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника; устройство для моделирования и изучения течения жидкости тонким слоем по стенке обрыва.
Разработаны предложения по совершенствованию противоовражных технических средств.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Практическую ценность работы составляют: способ, устройство и методика определения ПЭС в полевых условиях; устройства для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности и течения жидкости тонким слоем по стенке обрыва; предложения по совершенствованию противоовражных технических средств.
Материалы исследований и техническая документация на устройство для определения ПЭС в полевых условиях, пермиметр, устройства для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности и течения жидкости тонким слоем по стенке обрыва и предложения по совершенствованию противоовражных технических средств переданы Государственному Комитету Чувашской Республики по земельным ресурсам и землеустройству (1994, 1995, 1996, 1997, 2000 гг.).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждена на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава Чувашской ГСХА в 1998-2000 гг. (г.Чебоксары); научно-технических советах Госкомзема Чувашской Республики в 1994-1997 гг и 2000 г. (г. Чебоксары), Чувашской республиканской конференции по земельным ресурсам и землеустройству в 1995 г. (г.Чебоксары), Международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника» в 199S и 2000 гг (Санкт-Петербург - Павловск).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 научных работ, в том числе 2 патента РФ и 1 авторское свидетельство СССР.
На защиту выносятся:
- математическая модель прогноза овражной эрозии;
- алгоритм расчета овражной эрозии;
- методика проектирования проти воовражных технологий и технических средств;
- предложения по совершенствованию проти воовражных технологий и технических средств;
Факторы, влияющие на интенсивность овражной эрозии
Современное представление, о происхождении и развитии оврагов, факторах оврагообразования основывается на работах В.В. Докучаева, В.И. Мосальского, С.С. Соболева, М.Н. Заславского» А,Г. Рожкова, Б.Ф, Косова, А.П. Дедкова, Г.П. Бутакова, В.И, Мозжерина, И.И. Рысина, О.П, Ермолаева и многих других» Основной причиной возникновения и развития современных овражных форм рельефа, как считают [2, 37, 63, 80, 87, 100, 104], являются нарушение естественных природных комплексов, антропогенное воздействие на естественный растительный и почвенный покров, концентрация стока вследствие искусственного перераспределения площадей водосборов в пределах склона, образование начальных линейных борозд размыва. Можно выделить две основные группы факторов (рис. 1.1), влияющих на возникновение и развитие форм и процессов линейной эрозии: естественные и антропогенные, К первой следует отнести физико-географические условия - особенности рельефа, климата, геоморфологическое строение территории, ко второй - антропогенно обусловленные явления - целенаправленное изменение почвенного и растительного покрова водосборов в связи с хозяйственной деятельностью человека. Очевидно, каждый из приведенных па рис, 1.1 факторов влияет на тс или иные особенности процесса оврагообразования, однако, ни один из них, взятый в отдельности, не объясняет причин возникновения основные элементы развития и распространения овражной эрозии. Следовательно, только определенное сочетание факторов формирует современный овражный рельеф.
По данным Б.Ф. Косова [57] причинами оврагообразования без участия человека могут быть глобальные изменения физико-географических условий таких, как: - отсутствие или слабое развитие растительности; - экстремальные изменения метеорологических условий, сопровождающиеся резким усилением стока талых и ливневых вод; - образование на земной поверхности трещин различного генезиса, разрывающих дерновый покров и способствующих концентрации стока и линейной эрозии; - размыв склонов речных долин и берегов морей, искусственных водохранилищ; - развитие термокарста (процесс вытаивания льда, заключенного в почве и верхней части подпочвенных слоев, и связанное с ним проседание поверхности и образование отрицательных форм рельефа) в северных и суффозии (вынос мелких частиц и растительных веществ водой, фильтрующейся в почвенной и подпочвенной толще, ведущий к образованию на поверхности просадочных впадин) в южных районах; карстово-суффозионные воронки по данным [40J встречаются также па территории республик Татарстана и Марий Эл, в Приангарье, в Пермской и других областях [37, 100].
К аналогичным выводам приходят и другие исследователи [2, 15, 40, 87, 104, 105, 108» 125], что подтверждается вскрывающимися погребенными формами размыва на обрывистых склонах долин и балок. Не останавливаясь подробно на геоморфологических вопросах формирования овражного рельефа и гидрографической сети, поскольку они являются предметом отдельных исследований, можно отметить, что тектонические и неотектонические явления, оледнение четвертичного периода, флювиогляциальные, древнеаллюви-альные и эоловые отложения, а также карстовые образования представляют собой и поныне основными факторами формирования и интенсивного роста овражной эрозии [6, 10, 14, 56, 94, 126 и др.]. Следует также заметить, что общими объединяющими вышеперечисленных глобальных физико-географических факторов являются рельеф» атмосферные осадки и эрозионная стойкость подстилающей поверхности, т.е. взаимодействие системы «стокоформирующая поверхность - атмосферные осадки», В глобальном масштабе на ход атмосферных осадков влияет состояние климата Земли, определяемое взаимодействием системы «атмосфера - океан - суша» (АОС), Поскольку климат представляет собой статистический ансамбль состояний [13, 34, 46, 82, 112], которые проходит система АОС за периоды времени в несколько десятилетий, то глобальные изменения естественных ландшафтов возможны при выведении системы АОС из состояния «равновесия». Кроме того, в настоящее время не осталось природных геосистем, в той или иной мере не подверженных антропогенным воздействиям. Поэтому естественные формы овражной эрозии «в чистом виде» вряд ли возможны. Тем не менее можно привести ряд примеров, подтверждающих исследования Б.Ф. Косова [57]. Например, после вулканических извержений взрывного характера нижние слои атмосферы заполняются вулканической пылью. В таких случаях, как показывают исследования [13, 82], планетарная величина прямой радиации в течении нескольких месяцев" или лет может быть понижена на 10._.20%, что приводит к уменьшению средней температуры Земли в несколько десятых градуса, а, следовательно, изменению хода атмосферных осадков. Поэтому учитывая изменение рельефа местности после вулканических извержений и хода атмосферных осадков, следует ожидать и формирование овражного рельефа.
Таким образом, любые глобальные изменения физико-географических факторов выводят систему АОС из состояния «равновесия» и сказываются на взаимодействии системы «стокоформирующая поверхность - атмосферные осадки». Однако, учитывая «стабильность» системы АОС в течение нескольких десятилетий [13, 82], с некоторым приближением можно утверждать о природно-антропогенной структуре оврагообразования. Поэтому на рис. 1Л все факторы функционально взаимосвязаны.
Многими исследователями [2, .15, 40, 45, 46, 63, 70, 80, 81, 87, 104, 105, 108, 125] нерациональная хозяйственная деятельность человека признается ведущим фактором оврагообразования. Например, профессор М.Н. Заславский [40] основую причину проявления ускоренной эрозии видит прежде всего в «бесхозяйственной деятельности человека» и считает, что природные факторы создают лишь предпосылки для возникновения эрозии, К аналогичным выводам приходит Н. Bennet [124], рассматривая распространение эрозии почв в США. Еще ранее в 1894 г. Н.Л. Чуйков отмечал (цитировано по С.С. Соболеву [104]), что «в своей погоне за расширением пахотной площади сельский хозяин в конце концов должен убедиться, что пахотные угодья, помимо его воли стали сокращаться, так как нерасчетливо распаханные склоны покрываются массой рытвин и оврагов, которые в дальнейшем своем росте достигли ужасающих размеров.. ».
Направление, скорость, расход и продолжительность стока атмосферных осадков
Поскольку возможности традиционных путей исследования гидрологических систем «атмосферные осадки - водосборный бассейн - сток» в
Блок-схема и программа разработаны канд. техн. наук Мэловыч А.А. с участием автора значительной мере исчерпаны [28], то для определения, скорости, расхода и продолжительности стока атмосферных осадков со стокоформирующей и ов-ражно-балочной поверхности представляется целесообразным применение методов математического моделирования. В настоящее время имеется достаточно обширная библиография [4, 28, 44 и др.], посвященная вопросам моделирования процесса формирования атмосферных осадков в сток. Однако несмотря на имеющееся множество моделей таких, как простые и сложные (в зависимости от количества расчетных параметров и от затрат машинного времени на ЭВМ), линейные и нелинейные (в которых искомая величина, а также ее производные любого порядка и интегралы стоят в первой или в иной степени), с сосредоточенными и распределенными параметрами (в зависимости от использования обыкновенных дифференциальных уравнений или дифференциальных уравнений в частных производных), многие вопросы по трансформации эффективных атмосферных осадков в сток не решены и представляют собой предметом научных дискуссий. Это, прежде всего, такие вопросы, как учет топографических и гидравлических характеристик водосборной поверхности, гидрографической сети, неравномерность выпадения дождевых осадков, снеготаяния и водоподачи из снега на площади водосбора, оценка и учет пространственного распределения как поступающих на стокоформирующую поверхность осадков, так и расходов воды на впитывание в почву, транспирацию и испарение, влияния метеорологических факторов на формирования стока и т.д. Все перечисленные вопросы по сути относятся к пространственной вариабельности факторов, вызывающих склоновых сток, и решение их с учетом координат стокоформирующей поверхности вызывает ряд математических трудностей [28]. Можно эти математические трудности существенно снизить, если использовать цифровую карту местности, включающую систему координат z = z (х, у), и на стокоформирующую поверхность наложить ход эффективных атмосферных осадков, вызывающих сток, В связи с такой формулировкой вопроса рассмотрим направление, скорость, расход воды в замыкающем створе и продолжительность стока эффективных атмосферных осадков,
Пусть цифровая модель рельефа выражена [45, 73] путем аппроксимаций горизонталей параметрическим кубическим сплайном (2.4), (2.6), (2,8) и совокупность которых при фиксированных z( = z (7 , для і l,w представляет собой математическую модель рельефа. Поскольку стекание со склонов происходит по мелкой сети большого числа ручейков (временных водотоков), возникающих в период дождя или снеготаяния, то с некоторым приближением это многообразие можно заменить континуумом [28], рассматривая стекание некоторым непрерывным слоем толщиной хе = f(xf ytt). Если в качестве координат х выбрать, горизонтали, то координаты у будут представлять собой линии наибольшего ската, а / - время. Следовательно, координатная система будет представлять собой два взаимно ортогональных семейства кривых.
Таким образом, на основании (2.4), (2,6), (2,8) и (2.10) получимОчевидно, что фактическое направление стока будет отличаться от направлений, определенных по картографическим материалам (2.23) и (2,24) вследствие наличия микрорельефа (неровности, ширина которых находится в пределах 5...50 см) образованного при вспашке, культивации, бороновании, посеве, уборке и других антропогенных воздействий. Однако для мезорельефа (неровности, ширина которых находится в пределах от 0,5 до 30...50 м) будет достаточно точное совпадение направлений стока» определенных на реальном склоне и по картографическим материалам. Точность расчета по (2.23) и (2.24) можно существенно повысить, если использовать крупномасштабные топографические карты, например М 1:2000; М 1:1000; М 1:500. Тем не менее, как показывает сопоставительный анализ данных наземных исследований и картографических материалов, в частности, материалов аэрофотосъемок [8], достигается достаточно для практики точное совпадение направлений стока.
Лабораторное устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника
Полученная зависимость (2Л49) позволяет по характеристикам эродируемых лочвогрунтов и условий хозяйственной деятельности на водосборной площади определять твердый расход в единицу времени [кг/с], длину эродируемых и неэродируемых (аккумулятивных наносами) площадей склона, общее количество смытых почвогрунтов при воздействии на почву эффективных атмосферных осадков. Следует также отметить, что зависимость (2Л49) справедлива тогда, когда вся элементарная стокоформирующая поверхность (см. рис, 2.6) характеризуется постоянными значениями i, Icmt щ к& щ ST- ПО крайней мере в течение времени At. Затем простым суммированием q.jt At за время стока атмосферных осадков определяется общий твердый расход.
Для проверки предложенной зависимости (2Л49) нами было проведено сопоставление расчетных данных склоновой эрозии с данными наблюдений, выполненных другими исследователями (таблица 2-3). При прогнозе эрозии по зависимости (2Л49) необходимые параметры для расчета (коэффициент шероховатости щ9 коэффициент изборожденности fcj, потенциал эрозионной стойкости у/) приняты приближенно — наиболее вероятные значения, соответствующие характеристике участка.
Как отмечалось выше (см. п. 1.1 и 1.2), современное представление о происхождении и развитии оврагов, факторах оврагообразования основывается на работах В,В. Докучаева, В.И. Мосальского, С.С, Соболева, А.Г, Рож-кова, Б.Ф.Косова, Е.Ф.Зориной и других. Наиболее подробную качественную картину процесса оврагообразования, на наш взгляд, описал С.С. Соболев [104]. В развитии оврагов С.С. Соболев различает четыре основные стадии: стадия промоины или рытвины, когда продольный профиль дна оврага повторяет профиль склона, а поперечный профиль имеет сначала треугольную форму, а затем трапециевидную; стадия врезания висячего оврага вершиной, когда рост оврага происходит вследствие обвалов вершины оврагов в направлении, обратном стоку (рис. 2.10); стадия выработки «профиля равновесия», когда овраг, углубляясь, теряет свое висячее устье, а русло оврага, врезаясь вглубь, доходит до уровня местного базиса эрозии и наконец вода, стекая от вершины до устья, не деформирует русло; стадия затухания начинается после выработки продольного профиля оврага, приближающегося к «профилю равновесия», вследствие чего прекращается глубинная эрозия, сглаживается обрыв вершины, прекращается рост оврага в длину, а затем в ширину и на устойчивых склонах и вершине оврага появляется растительность и на них формируется почвенный покров.
Разработка эффективных способов борьбы с оврагоообразованием требует знания методики количественного прогноза развития оврагов при известных почвенных, гидрологических и геологических условиях. Заметим, что решение этой задачи, даже очень приближенное, требует некоторой схематизации, поскольку процесс оврагообразования зависит от множества взаимосвязанных факторов (см. п. 1.1).
Из изложенной выше качественной картины видно, что образование оврагов происходит периодически циклами, и связано с концентрацией дождевых и талых вод в мощные потоки- В начальный момент стока, когда расход Qx в замыкающем створе мал (см, ш 23.2 и 23.3), стекание воды происходит только по стенке обрыва. Этот слой воды можно представить себе, как состоящий из тонких слоев, которые параллельны поверхности обрыва (рис. 2 11), Скорость тонкого слоя, примыкающего к поверхности, равна нулю. Это можно принять даже тогда, когда жидкость не «прилипает» к поверхности. В действительности за счет гидрофизических свойств («сосущей» силы) почвогрунта капиллярное давление Рк направлено во внутрь обрыва. Когда слой жидкости течет по поверхности, то он претерпевает сдвиг. Пусть hc — толщина всего слоя, аис- скорость во внешнем тонком слое. Следовательно, градиент скорости может быть вычислен по формуле
Благодаря вязкости JJ жидкость сопротивляется деформации сдвига, и величина этого сопротивления (т.е. касательные напряжения) равна т = гіу. Однако, как показывают исследования М.Рейнера [95], деформация сдвига не исчерпывает в данном случае кинематическую картину: к деформации сдвига добавляется также вращение элементов жидкости, определяемое вихрями. Этому вращению соответствует кинетическая энергия, которая проявляется в так называемом «типот-эффекте» (от слова teapot - чайник). Типот-эффект можно наблюдать даже в быту, когда разливают чай из чайника» М. Рейнер по этому поводу отмечает, что «при этом струя часто имеет тенденцию течь не по баллистической кривой, а течет либо по нижней части носика, либо по «антибаллистической» кривой. Это не является следствием «прилипания» жидкости, потому что, когда носик покрыт слоем водооттал
Результаты полевых исследований по определению потенциала эрозионной стойкости почв
На формирование стока, эродирования почвенных частиц, транспорта и отложения наносов влияют большое число взаимосвязанных факторов: рельеф, климат, геология, почвенный и растительных покров, хозяйственное использование земель. Кроме того, поскольку сток формируется с водораздела, то, следовательно, и защиту почв от овражной эрозии необходимо начинать от водораздела до подножия склона, от водораздельной линии овражпо-балочной сети до устья оврага, В связи с этим мы рассматриваем всю водосборную площадь, В качестве основной обобщенной характеристики, отражающей интегральное влияние показателей почвенного и растительного покрова и хозяйственного использования земель (ПРХИЗ) на эрозию, нами принята экспериментально определяемая физическая величина — ПЭС поч-вогрунтов. ПЭС представляет собой экспериментальный метод получения информации об объекте при предположении, что данный почвогрунт в пределах однородного участка обладает в каждый данный момент однозначной связью между независимыми и зависимыми переменными ПРХИЗ.
Экспериментальные исследования по определению ПЭС в полевых условиях проводились на опытном полигоне колхоза «Ленинская искра» Яд-ринского района Чувашской Республики на площади 354 га [45, 46], в ФГУП УОХ «Приволжское» Чувашской ГСХА на площади 1000 га, а также на территориях землепользования сельскохозяйственных предприятий Козловского, Урмарского, Ядринского, Моргаушского районов Чувашской Республики [47]. Схема расположения экспериментальных точек приведена на рис, 4.5 и 4.6. Результаты экспериментальных исследований показали (табл. 4.2 и 4.3), что величина ПЭС характеризуется пространственной изменчивостью в зависимости от показателей почвенного и растительного покрова и хозяйственного использования земель как в пределах обследованной водосборной площади, так и в пределах однородного участка или элементарного почвенного ареала.
Следовательно, ПЭС представляет собой случайную величину. Коэффициент вариации изменялся в пределах от 11,6 до 83,3%. Поэтому представление пространственной изменчивости ПЭС в виде многомерного вектора и его статистическими характеристиками невозможно, поскольку требуются многократные измерения изучаемых величин в одних и тех же точках стокоформирующей поверхности. Это обусловлено тем, что понятие случайной величины имеет конкретный смысл только при соблюдении таких условий, как теоретическая возможность бесконечного повторения испытаний и независимость каждого из них от результатов предыдущих испытаний. Поэтому представляется целесообразным эрозионные свойства почв выразить в виде карт в изолиниях,
В работе [70] было показано, что наиболее оптимальным способом картирования в изолиниях является метод сетей в сочетании с точечным и универсальным кригингом, позволяющим проводить оптимальную оценку неизмеренной физической величины по данным тех же величин, измеренных в других и расположенных достаточно близко к оцениваемой точке. Кроме того, метод кригинга обеспечивает измерение ошибки (дисперсию Dp, стандартную Sp) или неопределенности поверхности, изображаемой изолиниями; позволяет использовать информацию из полувариограммы для нахождения оптимального множества весов Wt для оценки поверхности в точках, отличных от контрольных величин, и не требует знаний закона распределения физических величин на исследуемой поверхности.
После ввода множества измеренных значений (контрольных точек) ПЭС осуществляется процесс проверки стационарности изучаемой физической величины по полувариограммам у%. Если же измеряемая физическая величина ПЭС нестационарна, т_е. полувариограмма содержит дрифт, то определяются форма дрифта и полувариограммы. Затем в зависимости от стационарности или нестационарности регионализированной переменной ПЭС составляются соответственно система уравнений [A] [W] — [В] для точечного кригинга и система уравнений [A] [W] = [С] для универсального кригинга. Решая соответствующее матричное уравнение, определяют неизвестные веса Wi и вычисляют значение ПЭС в оцениваемой точке, а также оценивают дисперсию Dp и стандартную ошибку Sp. После определения /, Dp, Sp для всех углов сети картируемой стокоформирующей поверхности определяют координаты точек входа и выхода в ячейках равных значений ПЭС, т.е. месторасположения изолиний. Затем, рассмотрев последовательно для каждого сегмента кусочно определенный сплайн, составляют систему уравнений [7][ W\= [К], решая которую находят коэффициенты / и по выражению (2.2) строят аппроксимирующую кривую, т.е. изолинию ПЭС. Затем проводят расчеты по формулам (2.19)...(2.22) и определяют Wgrad линии, т.е. получают ортогональное семейство кривых (рис. 4.7). В лаборатории «Гидрофизика и эрозия почвогрунтов» при Чувашской ГСХА разработаны алгоритмы расчета и программа для компьютерного картирования в изолиниях [45, 46, 47].
Определение ПЭС на территориях землепользования сельскохозяйственных предприятий Козловского, Урмарского, Ядринского, Моргаушского районов Чувашской Республики осуществлялась на различных агрофонах и полях (рис. 4.8, A3, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4Л4, 4Л5, 4Л6, 4Л7). Результаты экспериментальных исследований также показали (табл. 4.4), что величина ПЭС зависит от почвенного и растительного покрова, хозяйственного использования земель и геоморфологических условий формирования оврагов.
Кроме того, как следует из таблицы 4.4, в одних и тех же местах расположения оврагов (см. 2а и 26; За и 36; 4а, 46 и 4в) численные значения у/ по бровке оврага почти на порядок превышают, чем по дну оврага. Дело в том, что верхние слои - почвенные горизонты связаны корнями и содержат органическое вещество, скрепляющее почвенные частицы, отличаются достаточно высокой эрозионной устойчивостью; нижние слои, не измененные почвообразовательным процессом, - материнская и подстилающая породы -менее устойчивы и скорее разрушаются эрозионными процессами.
