Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса 8
1.1. Гидравлическое сопротивление стокоформирую щей поверхности склоновых земель 8
1.1.1. Анализ существующих зависимостей для определения гидравлического сопротивления
1.1.2. Определение гидравлических показателей стокоформирующей поверхности 17
1.2. Методы прогнозирования эрозионных процессов 21
1.3. Проектирование противоэрозионных технологий на склоновых землях 30
1.4. Цель и задачи исследования 38
Глава II. Математическая модель стока, формирующегося на склоне
2.1. Постановка вопроса 39
2.2. Теоретические предпосылки определения безразмерного показателя 41
2.3. Скорость стока на стокоформирующей поверхности 45
2.3.1. Скорость стока при установившемся неравномерном движении
2.3.2. Скорость стока при руслоформирующем расходе 52
2.4. Руслоформирующий расход и высота потока 57
2.5. Теоретические предпосылки аналитического определения смоченного периметра 62
2.6. Математическая модель стока, формирующегося на склоне 73
2.7. Сопоставление результатов расчета склоновой эрозии с данными наблюдений. 80
Выводы по главе
Глава III. Методика экспериментальных исследований 84
3.1. Объект и задачи исследований 84
3.2. Методика и устройство для определения безразмерного показателя в лабораторных условиях 85
3.3. Методика и устройство для определения безразмерного показателя в полевых условиях 92
3.4. Методика и устройство для определения безразмерного показателя эродированной почвы 96
3.5. Методика определения смоченного периметра микрорусла с шероховатой поверхностью 98
Глава IV. Результаты экспериментальных исследований 101
4.1. Результаты лабораторных исследований по определению безразмерного показателя 101
4.2. Результаты полевых исследований по определению безразмерного показателя и потенциала эрозионной стойкости стокоформирующей поверхности 106
4.3. Результаты полевых исследований по определению безразмерного показателя эродированной почвы 114
4.4. Результаты лабораторных исследований по определению смоченного периметра микрорусла с шероховатой поверхностью 120
4.5. Выводы по главе 123
Глава V. Совершенствование методики проектирования противоэрозионных технологий на склонах
5.1. Постановка задачи 124
5.2. Совершенствование методики проектирования противоэрозионных технологий на склоновых землях 125
5.3. Технико-экономическая оценка противоэрозионной технологии 139
5.4. Выводы по главе 145
Литература 148
Приложения 163
- Проектирование противоэрозионных технологий на склоновых землях
- Теоретические предпосылки аналитического определения смоченного периметра
- Методика и устройство для определения безразмерного показателя в полевых условиях
- Результаты полевых исследований по определению безразмерного показателя и потенциала эрозионной стойкости стокоформирующей поверхности
Введение к работе
Водная эрозия почв является наиболее распространенным и опасным видом их деградации. Под действием эрозии резко снижается плодородие почвы, уменьшается урожайность культур, ухудшается структура почвенного покрова и нарушается выполнение технологического процесса, которое проявляется в снижении устойчивости хода сельскохозяйственных машин на склонах, расчлененных промоинами и оврагами, производительности агрегата, увеличении износа машин [71, 72].
Для успешной защиты почв от смыва необходимо изучение механизма протекания эрозионных процессов, позволяющих раскрыть их основные закономерности. В нашей стране и за рубежом разработано множество методов прогноза почвенной эрозии, однако не все из них соответствуют реальному процессу. Считают [95, 97], что наблюдаемое несоответствие расчетных данных и экспериментов следует объяснять недостаточным учетом характеристик почвы, определяющих сопротивляемость эрозии.
Анализу роли поверхностного задержания стока уделялось значительное внимание, вызванное возможностью активного управления процессами стокообразования и эрозии почв с помощью агротехнических приемов. Благодаря этим мероприятиям создается шероховатость стокоформирующей поверхности, способная уменьшить поверхностный склоновый сток.
Однако гидравлика склонового стока имеет свои принципиальные особенности [140,141]. Используемые в настоящее время коэффициенты для оценки гидравлического сопротивления не в полной мере удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к процессам взаимодействия потока воды с шероховатой поверхностью. К основным причинам можно отнести следующее:
> использование эмпирических и полуэмпирических формул для определения коэффициента гидравлического сопротивления и коэффициента Шези,
применение которых ограничено пределами тех опытов, на которых они основаны [54,55];
> определение коэффициента шероховатости по таблице Гангилье-Куттера на основании чисто описательных (а не количественных) характеристик микрорусла [143];
Р- коэффициент гидравлического сопротивления и коэффициент Шези величины не постоянные и зависят от разных параметров потока и русла [43]. Теоретическое и экспериментальное изучение гидравлического сопротивления открытых русел представлено в работах основоположника А.П. Зегжды, а также в трудах СВ. Будника, К.В. Гришанина, В.Н. Гончарова, Н.С. Знаменской, B.C. Кнороза, И.К. Никитина, И.К. Срибного, Б.А. Фидма-на, Nikuradse I., Shen Н. и др.
Вышеизложенное позволяет констатировать, что современное представление гидравлики склонового стока требует перспективного подхода и объективных критериев оценки гидравлических потерь на трение.
В то же время, при проектировании противоэрозионных мероприятий, технологии выращивания сельскохозяйственных культур на склоновых землях должны быть почвозащитными, а организация территории землепользования и землеустройства - ландшафти о-экологической.
Основы проектирования почвозащитных технологий на склоновых землях изложены в работах И.И. Максимова, Г.Г. Данилова, Д.И. Бурова, М.Н. Заславского, И.Ф. Картина, В.Д. Панникова, Л.В. Воронина, В.Г. Краак, И.А. Пабат, А.С. Козменко, Л. Муеллера, Р. Миттелстедта, Young R.A., Ве-noit G.R., Onstad С. A., Botterweg Р. и многих других.
Современное состояние исследований по прогнозу эрозионных процессов определяется трудами Н.Н. Бобровицкой, М.А. Великанова, М.С. Кузнецова, Ц.Е. Мирцхулава, В.Б. Гусака, Г.П. Сурмача, Г.А. Ларионова, И.И. Максимова, Ю.П. Сухановского, Г.И. Швебса, Г.И. Серых, В.П. Герасименко, А.Г. Рожкова, Сильвестрова СИ., Фролова В.Я., Соболева С.С, Гудзона Н., Lingg A.W. и других.
Таким образом, решение задач при прогнозировании эрозионных процессов и проектировании противоэрозионных технологий и технических средств для их осуществления связано, в первую очередь, отысканием объективного показателя, удовлетворяющего требованиям практики и разработкой приемлемого способа его определения.
Поэтому основной целью работы является снижение стока и сокращение смыва почвы со склоновых земель путем совершенствования методики проектирования и технических средств оценки противоэрозионных технологий.
Научная новизна:
доказана возможность использования безразмерного показателя в качестве критерия оценки гидравлических потерь на трение;
предложена методика и устройства для определения безразмерного показателя (патент по заявке № 2005124192) [109];
предложена методика определения смоченного периметра для микрорусла с шероховатой поверхностью (патент по заявке № 2005109631) [108];
- усовершенствована методика проектирования противоэрозионных
технологий на склоновых землях.
Разработаны:
способ, устройства и методика определения безразмерного показателя в лабораторных и в полевых условиях: на стокоформирующей поверхности и для эродированной почвы [109];
способ и методика определения смоченного периметра для русла с шероховатой поверхностью[108].
В представленной работе, на основании выполненных автором исследований, сформулированы и обоснованы научные положения, позволяющие определить безразмерный показатель и совершенствовать методику проектирования противоэрозионных технологий.
В связи с этим на защиту выносятся следующие положения:
критерий оценки гидравлических потерь на трение - безразмерный показатель;
методика и устройства для определения безразмерного показателя;
методика определения смоченного периметра для микрорусла с шероховатой поверхностью;
усовершенствованная методика проектирования противоэрозионных технологий на склоновых землях.
По теме диссертации опубликованы 8 научных работ, в том числе 1 патент по заявке № 2005109631 и имеется положительное решение на выдачу патента по заявке № 2005124192.
Основные положения работы доложены и обсуждены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава Чувашской ГСХА в 2002-2006 гг. (г. Чебоксары), 4 Всероссийской конференции «Юность Большой Волги» в 2002 г. (г. Чебоксары), научно-практической конференции «Молодые ученые - сельскому хозяйству Чувашской Республики» в 2005 г. (г. Чебоксары).
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и изготовлены макетные образцы следующих устройств для изучения процессов взаимодействия потока воды и шероховатой поверхности: лабораторный лоток для определения безразмерного показателя и коэффициента смоченного периметра; устройство для определения безразмерного показателя в полевых условиях на стокоформирующей поверхности; устройство для определения безразмерного показателя в полевых условиях для эродированной почвы.
Автор благодарен сотрудникам кафедр физики и эксплуатации сельскохозяйственной техники Чувашской ГСХА: Сироткину В.М., Данилову В.М., Егорову В.П., Смирнову П. А., Чернову В.Г., Максимову В.И., Иванову A.M., Малову А.А за практическую помощь, оказанную на различных этапах выполнения диссертационной работы.
Проектирование противоэрозионных технологий на склоновых землях
На склонах различной крутизны в России расположено 55 млн. га обрабатываемых сельскохозяйственными машинами земель, из них 41 млн. га пашни. Опасности водной эрозии подвержено более 45% пахотных земель [79] Процессы эрозии не только ухудшают свойства конкретных почв, но и усложняют структуру почвенного покрова в целом и усиливают его контра-стность[79, 80]. Последнее связано не только со смывом и дефляцией, но и с аккумуляцией почв. Площадь ареалов при переходе от несмытых почв к сла-босмытым уменьшается в 2-3 раза, а к среднесмытым - в 4-7 раз. Это свидетельствует о деградации почвенного покрова, усиления его фрагментарности и повышения трудностей обработки почвы.
В настоящее время эффективность почвозащитных технологий оценивается по различным параметрам, характеризующим свойства почвенного и растительного покрова, экспозицию, длину, крутизну и форму склонов. В прогнозных расчетах проводится нормирование величин смываемости почвы с различных агротехнических фонов к зяблевой вспашке (для периода весеннего снеготаяния) или пара (для ливневого стока).
Наибольший почвозащитный, гидрологический, экологический и экономический эффект достигается при применении на склоновых землях ком плекса противоэрозионных мероприятий. В этот комплекс входят организационно-хозяйственные, агротехнические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия [64, 79, 81].
Основное место среди организационно-хозяйственных мероприятий занимают севообороты. Севообороты должны быть размещены дифференцированно с учетом крутизны, длины, формы и экспозиции склонов, степени их эродированности, прогнозируемой интенсивности смыва, биологических особенностей сельскохозяйственных культур [93].
Для оценки смыва почвы в результате наложения последовательности севооборотов, противоэрозионных приемов и проектирования линейных рубежей предложена модель [93], представленная следующим выражением: где qpc - расчетная интенсивность смыва почвы на определенном участке пашни, т/га; С - переходный коэффициент от смыва с зяби, полученного от среднемноголетнего стока, к смыву других уровней обеспеченности; qmc -проектируемый остаточный смыв, полученный после наложения севооборота, агротехнических приемов, лесо-, луго- и гидромелиоративных мероприятий, выраженных в соответствующих коэффициентах Кп, КСЕН, КПАР, KMVt К Согласно [93], реализация изложенных в этой работе принципов построения севооборотов и их размещения позволяет на 5-10 % повысить урожайность сельскохозяйственных культур и в 1,5 раза уменьшить смыв почвы. Агротехнические противоэрозионные мероприятия включают пять основных групп [46, 50, 52, 74, 119]: - фитомелиоративные агрономические приемы защиты почв от эрозии и повышения плодородия эродированных почв; - приемы противоэрозионной обработки почв; - специальные приемы задержания снега и регулирования снеготаяния; - агрохимические приемы повышения плодородия почв на склонах и защиты от эрозии; - агрофизические приемы повышения противоэрозионной стойкости почв. Среди фитомелиоративных приемов защиты почв можно выделить следующие [52, 53, 128, 136]: освоение почвозащитных севооборотов с оптимальным составом культур; контурный посев культур; посев на парах буферных полос; посев на полях с пропашными культурами буферных полос; применение сплошного или полосного мульчирования и т.д. Приемы противоэрозионной обработки почв в работе [84] классифицируются по их воздействию на эрозионные и гидрофизические свойства почвы на три вида: 1) направленные на увеличение влагоемкости и водопроницаемости почв (глубокая вспашка, вспашка с почвоуглублением); 2) направленные на создание противоэрозионной поверхности неровностями, мульчой и другими материалами (контурной вспашка, лункование поверхности поля, поделка валиков, микролиманов и прерывистых борозд, мульчирование и др.); 3) предусматривающие создание противоэрозионной поверхности с одновременным увеличением влагоемкости почв (ступенчатая вспашка, гребнистая вспашка с почвоуглублением, безотвальная обработка с лункова-нием и т.д.). Данная классификация противоэрозионных агротехнических приемов и способов их осуществления при обработке почвы позволяет объективно оценить эффективность этих приемов и наметить пути их использования в конкретных почвенно-климатических условиях. Специальные приемы снегозадержания и регулирование снеготаяния включают: посев кулис из высокостебельных культур на зяби, расстановку щитов, валкование снега, полосную очистку, укатку и зачернение снега. Эф фективность приемов снежной мелиорации подтверждена рядом исследований [51, 124,126 и др.]. Агрохимические приемы повышения плодородия почв на склонах и защиты от эрозии (внесение органических и минеральных удобрений) позволяют повысить урожай возделываемых культур и восстанавливать плодородие эродированных почв [52, 124 и др.]. Как показывают различные исследования [52, 112, 126 и др.], применение различных препаратов (полимеров-структурообразователей, латексов, ПАА, ГПАН, ПАК + ПЭИ, К-4, К-9 и др.), позволяет более чем в 15...25 раз повысить количество водопрочных агрегатов и снизить смыв более чем в 10 раз. Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия по их мелиоративному воздействию разделяют на следующие виды [51, 53]: -противоэрозионные лесные, кустарниковые и лесокустарниковые полосы, закладываемые поперек склона вдоль границ полей севооборотов; - водозащитные лесные и кустарниковые насаждения вокруг водоемов и по берегам рек; - приовражные лесные полосы; - лесонасаждения и кустарниковые насаждения по откосам и днищам оврагов; - облесение сильноразмытых, а также очень крутых склонов, непригодных для сельскохозяйственного использования.
Теоретические предпосылки аналитического определения смоченного периметра
Принципиальная схема устройства для определения смоченного периметра для русла с шероховатой поверхностью аналогична вышеприведенной нарис. 3.3; нарис. 3.4-его общий вид.
Устройство функционирует следующим образом [108]. Предварительно перед началом опытов взамен рабочей части 4 в лоток 1 устанавливается прецизионно изготовленный образец с гидравлически гладкой поверхностью (например, зеркальное стекло), которое по линиям стыка гидроизолируется (условно не показано). Затем с помощью системы питания постоянного напора устанавливается предварительно рассчитанный расход воды QB где Re/f/. 900...1000 - критическое число Рейнольдса для безнапорных по-токов [54, 55]; В - ширина лотка, м; v - кинематическая вязкость воды, м /с. Открывается зажим Гофмана 11 и при помощи микрометров 6 с мерной иглой 7 замеряется высота потока воды во входной hej и выходной h частях лотка 1. Далее увеличивают расход воды и проводят опыты по вышеприведенной методике. Задавая расходы, определяется высота потока воды во входной hei и выходной h частях лотка L Полученные результаты заносятся в журнал наблюдений, где строится график зависимости высоты потока от расхода воды h=f(Q).
Затем взамен зеркального стекла в лоток 1 устанавливается рабочая часть 4 с исследуемой шероховатой поверхностью. Места стыка рабочей части 4 и лотка 1 гидроизолируются. Открывается зажим Гофмана 11 и при помощи микрометров 6 с мерной иглой 7 замеряется высота потока воды во входной части лотка йй(в результате исследований было установлено, что для одних и тех же заданных расходов Qm H! Q.KPV высота потока he ha! , поэтому he не замеряется) и высота потока воды в выходной h части лотка 1.
Полученные результаты заносятся в журнал наблюдений, где строится график зависимости высоты потока от расхода воды h=f(Q). По графику определяются критические расходы воды QKPlI1 и Qm., соответствующие критическому числу Рейнольдса, на границе между ламинарным и переходным режимами течения воды, выраженной на кривых h=f(Q) резким увеличением высоты потока, соответственно для шероховатой и гидравлически гладкой поверхностей.
Выразим критическое число Рейнольдса для безнапорных потоков для гидравлически гладкой поверхности
На границе между ламинарным и переходным режимами число Рейнольдса практически одинаково Remv = ReCT„, 1000 для гладкой и шероховатой поверхности русла. Последнее подтверждается многочисленными исследованиями. Так по данным Чугаева P.P. [143] число Рейнольдса Re не зависит от шероховатой поверхности, а на величину числа Рейнольдса Re в значительной мере влияет поперечное сечение потока.
Приравняв выражения (3.24) и (3.25), получим, что соотношение смоченных периметров шероховатой и гидравлически гладкой поверхностей равно соотношению критических расходов воды, соответствующих критическому числу Рейнольдса, на границе между ламинарным и переходным режимами течения воды на шероховатой и гидравлически гладкой поверхностях где к - коэффициент смоченного периметра; Хш - смоченный периметр шероховатой поверхности, м; %г - смоченный периметр гидравлически гладкой поверхности, м; QI{F,„- критический расход воды в м3/с, соответствующий критическому числу Рейнольдса, на границе между ламинарным и переходным режимами течения воды на шероховатой поверхности, определяемый по графической зависимости h=f(QKPlll), полученной в результате эксперимента; Qkl . - критический расход воды в м /с, соответствующий критическому числу Рейнольдса, на границе между ламинарным и переходным режимами течения воды на гидравлически гладкой поверхности, определяемый по графической зависимости h=f(Q,a,,.), полученной в результате эксперимента.
Для определения безразмерного показателя в лабораторных условиях исследуемая шероховатая поверхность оклеивалась песком определенной фракции с помощью полимерного клея (см. рис. 3.5). Фракции частиц выделенного диапазона крупности песка, получены ситовым анализом по геометрическим размерам. Размеры фракций соответствовали размерам водопрочных агрегатов, присутствующих в наиболее распространенных типах почв Чувашской Республики.
После подготовки исследуемых шероховатых поверхностей по вышеизложенной методике (просеивание песка в воздушно-сухом состоянии через сита с различным диаметром отверстий и оклеивание им дна и стенок рабочей части лотка) определение безразмерного показателя проводилось на экспериментальной установке, изображенной на рис. 3.4. В таблице 4.1 приведены результаты экспериментальных исследований.
По методике проведения опытов фиксировалась высота потока воды как до, так и после его протекания по исследуемой шероховатой поверхности трения, с получением зависимостей Q =f(h) при і = const i\i=f(h) при Q = const, которые при помощи компьютерной программы позволили установить логарифмическую связь, как для ламинарного режима, так и для переходной, области турбулентного режима.
Методика и устройство для определения безразмерного показателя в полевых условиях
Для создания противоэрозионного поверхностного слоя обрабатываемого участка необходимо увеличить безразмерный показатель р для снижения скорости движения воды ор, уменьшить вымывание почвенных частиц путем повышения ПЭС щ увеличить площадь и продолжительность контакта воды с поверхностью почвы, т.е. повысить коэффициент смоченного периметра к.
Противоэрозионные агротехнические приемы и машины и приспособления для их осуществления предназначены для создания противоэрозион-ной поверхности. Противоэрозионный рельеф может быть образован плугами общего назначения при работе поперек склона, валко- и лункообразователя-ми, бороздопрерывателями, микролиманоделателями, катками с профильной рабочей поверхностью и другими орудиями [72, 84].
Для борьбы с водной эрозией применяется также безотвальная обработка почвы. Однако при обработке почвы плугами с безотвальными корпусами происходит заделка 50...70% стерни в почву, что незначительно уменьшает сток талых вод по сравнению поперечной вспашкой отвальным плугом [71,72].
Использование энергонасыщенных тракторов и орудий для основной обработки почвы приводит к ухудшению агрофизических свойств почвы - ее распылению, уплотнению, снижению обеспеченности влагой и биологической активности. Наши исследования (см. п. 4,2) подтвердили деградацию поверхностного слоя почвы, отсутствием ее структуры и низким содержанием водопрочных почвенных агрегатов на старопахотных склоновых землях. Поэтому основной путь для достижения требуемого эффекта от проведенных противоэрозионных агротехнических мероприятий и снижения энергозатрат является минимизация обработки почвы,
Например, орудия с игольчатыми дисками при обработке поверхностного слоя на небольшую глубину сохраняют большую часть стерни и других растительных остатков [72]. В результате улучшается снегонакопление, увеличивается безразмерный показатель р, а используя одновременно культиваторы-плоскорезы можно увеличить влагоемкость, что позволит резко снизить сток воды со склона.
Таким образом, наиболее привлекательным и экономически выгодным является применение в технологических процессах для сокращения смыва почвы вторичного сырья или незерновой части урожая, растительных остатков и т.д. Являясь агрономически ценным продуктом, который возобновляет почвообразовательный процесс, мульча из ножнивных остатков является также надежным средством защиты почв не только от ветровой, но и от водной эрозии [84, 138]. Она в течение зимы предупреждает сдувание снега с полей, улучшает условия накопления снега, обеспечивает наименьшую глубину промерзания почвы зимой и быстрому ее прогреванию весной, уменьшает сток талых вод и сокращает смыв почвы. Высокая эффективность создания лротивоэрозионной поверхности мульчированием подтверждена полевыми исследованиями (см. п. 4.3).
Перспективными в последние годы являются работы по нанесению на поверхность почвы различных противоэрозионных веществ - структурообразователей [72]. При этом размер водопрочных почвенных частиц увеличивается в 1,5...2 раза, что позволит увеличить безразмерный показатель р и коэффициент смоченного периметра к, т.е. уменьшить сток талых и дождевых вод. Применение структурообразователей в настоящее время сдерживается высокой их стоимостью.
На основании полученных экспериментальных данных (см. п.4.3) и исследований [8, 17, 49, 64, 82, 98, ПО, 129], нами предлагается, для увеличения безразмерного показателя на осенне-весенний период, проводить поверхностное мульчирование почвы соломой, используя агрегат ДТ 75 + БДТ - 3. А для увеличения влагоемкости и водоудерживающей способности обработанной почвы необходимо произвести глубокую плоскорезную обработку агрегатом ДТ 75 + КПГ - 250. Проведение агротехнических мероприятий, как правило, не требует больших специальных затрат.
По сравнению с технологией поверхностного компостирования соломой и растительными остатками предлагаемой ВНИИЗ и ЗПЭ, мульчирующий слой остается до весны, позволяя сокращать склоновый сток не только при осенних ливнях, но и талой воды. Результаты исследований в Медвен-ском районе Курской области подтвердили увеличение урожайности на 6...10% озимой пшеницы, сахарной свеклы -на 17...21% [49]. Положительные результаты получены ВНИИЗ и ЗПЭ на основании чисто агрономического подхода при использовании органического вещества растительного происхождения, что также немало важно при почвообразовании [142]. При условии если нерегулируемые параметры для полей севооборотов окажутся достаточно малыми и агротехнические приемы не позволят выполнять условие (5.1), тогда целесообразно перейти к планированию противо-эрозионных лесотехнических или гидротехнических сооружений. Таким образом, подводя итог по совершенствованию методики проектирования противоэрозионных технологий на склонах, следует отметить: 1) требуется минимизировать целевую функцию (5.2) при линейных ограничениях-неравенствах (5.1), (5.3), (5.4), (5.5), (5.6), (5.7) и (5.8) с учетом уточнений, определяющих: (BL)S z є F; F!: F2, F3, F4 є F; 2) определение площадей, линейных рубежей проектируемых технологий для конкретной стокоформирующей поверхности могут быть осуществлены на основе цифровой карты местности (см. п. 2.5).
Результаты полевых исследований по определению безразмерного показателя и потенциала эрозионной стойкости стокоформирующей поверхности
Энергоемкость при выполнении почвозащитных технологических операций на 0,22 МДж/ц больше, чем при традиционной операции.
Таким образом, экономическая эффективность выполнения почвозащитных операций при возделывании пшеницы по сравнению с зяблевой вспашкой составляет 487,3 руб./га. Результат подтверждает преимущество применения агротехнических мероприятий, так как они не требуют больших специальных затрат, а эффективность становится очевидной сразу же после их применения.
На основе математической модели стока, формирующегося на склоне, проведено совершенствование методики проектирования почвозащитных технологий на склоновых землях. Установлено, что целевой функцией оптимизирующей применение тех или иных почвозащитных технологий, является минимизация суммарного объема смываемой почвы со стоко-формирующей поверхности за прогнозный период полной ротации севооборота.
Показано, что для различных почвозащитных технологий проектируемая площадь Р2 = (В Ь)г, z є F может быть оптимизирована исходя из регулируемых щ (р, к, IcJt) и нерегулируемых iCl lx(t) параметров.
Установлено, что технологические борозды, линейные элементы и полевые дороги, размещенные на полях севооборотов и которые концентрируют сток, можно проектировать с некоторым отклонением от горизонтали склона при известных уклоне склона и противоэрозионных свойств участка.
Предложено, проводить поверхностное мульчирование измельченной соломой на осенне-весенний период, используя агрегат ДТ 75 + БДТ - 3, на основании установленной в п.4.3. противоэрозионной эффективности этой операции, также дополнительно проводить глубокую плоскорезную обработку агрегатом ДТ 75 + КПГ - 250 для увеличения водоудерживающей способности почвы. 5. Установлена экономическая эффективность проведения почвозащитных технологических операций при возделывании пшеницы по сравнению с традиционной, она составляет 487,3 руб./га. 1. В качестве критерия оценки гидравлических потерь на трение предложен безразмерный показатель, представляющий собой отношение изменения удельной энергии потока жидкости при взаимодействии с шероховатой поверхностью к удельной энергии потока при взаимодействии с гладкой поверхностью. Установлено, что безразмерный показатель наиболее полно характеризует шероховатую поверхность склона при проведении технологических операций. Например, поверхностное мульчирование позволяет увеличивать в среднем безразмерный показатель на 60...70 % относительно зяблевой вспашки. Применяя безразмерный показатель определены: скорость потока при неравномерном и равномерном движении, руслоформирующий расход и высота потока. - методика и устройства для определения безразмерного показателя в лабораторных и полевых условиях; - методика и устройство для определения смоченного периметра микрорусла с шероховатой поверхностью. В качестве оценки увеличения смоченного периметра русла с шероховатой поверхностью относительно гладкого русла использовался коэффициент смоченного периметра. Установлено, что с увеличением диаметра зерен, слагающих русло, коэффициент также увеличивается. 3. Усовершенствована математическая модель стока, формирующегося на склоне, основанная на модели И.И. Максимова с применением безразмер ного показателя. Достоверность полученной математической модели под тверждена рядом опубликованных данных. На основании математической модели склонового стока установлено, что для оценки эрозионного процесса необходимо определить: потенциал эрозионной стойкости и безразмерный показатель. На основе математической модели стока, формирующегося на склоне, проведено совершенствование методики проектирования противо- эрозионных технологий на склоновых землях. Установлено, что целевой функцией оптимизирующей применение тех или иных почвозащитных технологий, является минимизация суммарного объема смываемой почвы со стокоформирующей поверхности за прогнозный период полной ротации севооборота. Показано, что для различных почвозащитных технологий проектируемая площадь Pz = (В L)ZI z є F может быть оптимизирована исходя из регулируемых щ р, к, Icm(t) и нерегулируемых i, Ix(t) параметров. Установлено, что технологические борозды, полевые дороги и другие линейные элементы, размещенные на полях севооборотов, концентрирующие сток, можно проектировать с некоторым отклонением от горизонтали склона при известных уклоне склона и противоэрозионных свойств участка. Предложено при проектировании участка на сложном склоне, определять его допустимую длину. Для определения экономической эффективности проведения почвозащитных технологических операций выполнен расчет по методике, предложенной В.А. Сысуевым и Ф.Ф. Мухамадьяровым. Экономическая эффективность проведения почвозащитных технологических операций при возделывании пшеницы по сравнению с традиционной составила 487,3 руб./га.
