Введение к работе
Актуальность проблемы. Последствием проводившейся в наией стране интенсификации животноводства на базе крупного сельскохозяйственного производства являются крупные жлвотяоводчзские хомп-лексы. При их эксплуатации образуется большое количество гадкого навоза, который по содержании азота, фосфора, калия и некоторых микроэлементов представляет собой ценное органическое удобрение. В настоящее время в условиях возрастающей актуальности проблемы охраны окружающей природной среда для предотвращеїшя сброса неочищенных сточных еод в' водоисточники все большее внимание должно уделяться вопросам их очистки. Одним из наиболее экономичных способов утилизации животноводческих стоков является использование их для орошения сельскохозяйствошшх культур.
При орошении полой сточными водами решается одновременно ряд задач: происходит почвенная очистка сточных вод, предотвращается сброс неочищенных стоков в, водоисточники, увлажнявтся почва и утилизируются питательные элементы сточных вод, чтс повышает плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Орошение сточными водами применяется еще недостаточно, особенно в районах со значительным по количеству, но неравномерным во времени распределением осадков. Однако при интенсивном их использовании возникает опасность загрязнения грунтов и грунтовых вод азотным! и другими соединениями.
Создание оптимальных водного, воздушного и питательного режи
мов почв, орошаемых сточными водами, в сочетании с требованиями
охраны почвогрунтов и грунтовых вод от загрязнения требуют даль-
нейлего развитая количественных методов расчета процессов массопо-
ренсса. Использовшшо математических моделей, описывающих передви
жение влага и питательных веществ в почвогрунтовой толще, позволит
повысить качество разработки проектных рехимов орошения и прогно
зировать его последствия. Создание алгоритмов и программ для ЭШ,
реализующих математические модели массопереносо, обеспечивйот ав
томатизацию проектныхр^бот, оперативность корректирования эксплу
атационных режимов орошения. ,,
Исследования по теме диссертации проводились в рамках проблемы "Разработка теории и методов ревения задач подземной, физико-химической гидродинамики а фшьтрации" Координационно!о циана' научно-исследовательских работ вузов в области механики на 1985 -1990 гг.
Цель работы. Работа посвящена разработке количествеїшнх методов прогнозирсчания водного и азотного режимов мелиорируемых земель при орошении животноводческими стоками.
В соответсти-л с указанной целью в диссертационной работе били последовательно решены следующие задачи:
выявлены наиболее существенные процессы и факторы, влияющие на перекос и перераспределение соединений азота в д;рново-по .^золистых почзех;
разработана математическая модель переноса влаги и основішх минеральных соединений азога в ненасыщенно-насыщенных условиях, учитывающая сорбщюнные явления, биохимические процессы, отбор почвенного раствора корневой системой растений;
разработан алгоритм численного решения уравнений математической модели для слоистых толщ и создана программа реализации алгоритма на ЭВМ;
оазработаїш методы определения гидрохимических параметров математической модели по данным полевых и лабораторных опытов;
проведена проверка адекватности разработашой модели данным натурных наблюдений.
Методы исследований. Методической основой решения иоставлен-шх задпч является мс>юматическое и физическоо моделирование. При разработке математической модели использованы уравнения физико-химической гидродинамики. Решение дифференциальных уравнений осуществлялось численными методами с использованием ЭВМ. При решении обратных задач по определению гидрохимических параметров использовались балансовые и аналитические методы. Экспериментальная часть исследований проводилась в лабораторных условиях, на монолитах почвы и в полевых условиях на опытной площадке.
Научная новизна. Выявлены основные закономерности миграции основных минеральных форм азота в дерново-подзолист"х почвах при орошении животноводческими стоками. Сформулирована и решена задача по прогнозу водного и азотного режима орошаемых животноводческими стоками земель. Разработаны новые методы расчета гидрохимических параметров переноса и трансформации минеральных форм азота рассмотренной математической модели по данным полевых и лабораторных опытов.
На защиту выносятся: физико-математическая модель одномерного переноса влаги и соединений азота в ненасшцённо-насыщек.шх слоистых почвогрунтах; функциональные зависимости для параметров, входящих в уравнения математической модели; методы определения гидро-
химических периметров модели; метода расчета водного и азотного режимов на ЭВМ и сопоставление результатов вычислений с данными натурішх наблюдений.
Практическое значение работа заключается в разработке количественных методов расчета водного режима почвы и концентраций ионов Л7Г и NO~ в почвенной толще. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать последствия орошения животноводческими стоками, а также повисить качество расчетов по обоснованию режчмов орошения с учетом требований по предотвращению загряэнедая почво-грунтов и ґрунтових вод.
Внедрение. Разработанная математическая модель и программа расчета использованы институтом СєеіШИГиМ для обоснования величин нагрузок по азоту на разрабатываемые конструкции фитофильтрадаон-них сооружений.
Апробация работы. Материалы диссортации докладывались и обсуждались на лаучно-техшчоских конференциях прсфессорско-пре..э,щра-тельского состава Тверского политехнического и-ститута в 1984-1990 г.г.; на совместном заседотш секции ВАСХНИЛ "Осушение, земель", секции ВРО ВАСХНИЛ "Комплексные мелиорации и охрана окружающей среди" и БелНЖМиБХ (Пинск, IS87 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликошш в 6 печатних работах.
Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, занлючеішя, списка использованной литературы. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и включаот в себя 21 рисунок, 7 таблиц. Список литературы содержит 174 наименования.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Д.Ф.Шульгину за постоянное внимание к работе и своевременную консультацию по возникавшим вопросам, а также доктору технических паук В.Е.Клыкову за ряд ценных советов, помощь и доброжелательное отношепга.
