Введение к работе
Актуальность темы. Переход Кыргызстана на рыночную экономику привел к проблеме переформирования существующих хозяйственных структур регионов республики по требованиям новых форм хозяйствования. При этом возникла необходимость решить организацию территорий вновь формируемых хозяйств и на ее базе реконструировать внутрихозяйственные оросительные системы. Для этого потребовались проведение системного анализа нынешнего их состояния и в результате анализа выдать научно-обоснованные руководящие документы для проектирования оросительных систем при оправданных затратах на их строительстве и эксплуатацию.
При проектировании первостепенной задачей является выбор эффективных параметров оросительных систем, обеспечивающих на орошаемых полях поддержание в оптимальных сочетаниях режимов основных факторов жизнедеятельности растений в течение всего вегетационного периода с целью получения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Среди основных факторов в засушливой зоне важную роль играют водный и тепловой режимы почвогрунтов, которые в основном определяют судьбу урожая орошаемых культур. Это объясняется тем, что внутрипочвенные процессы находятся в тесной связи с погодными условиями и в зависимости от их поведения устанавливается потребность в проведении соответствующих мелиоративных воздействий на сельскохозяйственном поле. Поэтому прогнозирование совместного водно-теплового режима почвофунтов занимает особое место при обосновании параметров оросительных систем на стадии проектирования, ошибочный выбор которых может привести к негативным эколого-физиологическим последствиям.
В настоящее время эффективным средством описания процессов, происходящих на орошаемых полях, является метод математического моделирования. Он на базе новейших компьютерных техники и технологий стал одним из наиболее универсальных способов познания законов реального мира и их использования в практической деятельности людей, и совершенно незаменим, где проведение большего числа натурных экспериментов затруднено, либо вообще невозможно.
Поэтому разработка более совершенных математических моделей, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения, влияющих на формирование урожая сельскохозяйственных культур, становится актуальной.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработать на базе современной теории влаго- и теплопереноса в почвофунтах метод прогнозирования водно-теплового режима почвофунтов применительно к различным способам орошения. Чтобы достичь намеченной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:
создание в двумерной постановке математических моделей влаго- и
теплопереноса в почвогрунтах, отражающих характерные особенности внутрипочвенных процессов и способов орошения;
разработка алгоритмов численного решения поставленных задач;
проверка адекватности предложенных математических моделей и определение диапазона применимости численных алгоритмов на основе испытания и практического использования их на конкретных задачах оросительной мелиорации;
разработка методики расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.
Методика исследований. В качестве методической основы решения поставленных задач приняты методы математического моделирования. При этом для создания математических моделей процессов влаго- и теплопереноса в почвогрунтах использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований ученых стран СНГ и зарубежа в области теории фильтрации, физико-химической гидродинамики и теории тепло- и массоперсноса в пористых средах. Для разработки численных алгоритмов применен метод конечных разностей, который является достаточно универсальным и мощным средством для реализации сложнейших математических моделей на современных ПЭВМ.
Проверка адекватности предложенных математических моделей осуществлялась путем сопоставления численных результатов с натурными данными, полученными автором и сотрудниками Кыргызского научно-исследовательского института ирригации.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
Создана математическая модель двумерного влаго- и теплопереноса в почвогрунтах при орошении, обобщающая ранее известные результаты и позволяющая более полно учесть специфику способов орошения.
Разработаны алгоритмы численного решения поставленных задач и на этой основе проведен вычислительный эксперимент.
В результате проведенных исследований разработана методика расчета влаго- и теплопереноса в почвогрунтах применительно к различным способам орошения.
Практическая значимость. Предложенная методика расчета позволяет прогнозировать водно-тепловые режимы почвогрунтов в различных способах орошения и может быть использована для обоснования оптимальных параметров проектируемых оросительных систем; для управления орошением при эксплуатации автоматизированных оросительных систем; для установления режимов водопотребления на орошаемых полях при составлении внутрихозяйственного плана водопользования в районных управлениях оросительных систем; для оценки влияния орошения на грунтовые воды при решении задач мелиоративной гидрогеологии; для обоснования необходимости мелиоративных воздействий; для определения в оптимальных сочетаниях элементов техники полива по бороздам.
Реализация работы. Результаты исследований использованы:
институтом «Киргизгипроводхоз» в рабочих проектах "Карабалтинская оросительно-осушительная система Калининского района" и "Комплексная реконструкция орошаемых земель в колхозе имени У.Салиевой Наукатского района" при обосновании параметров системы поверхностного орошения и осушительно- увлажнительной сети;
в ПКТИ "Водавтоматика и метрология" при разработке рабочего проекта "Понижения уровня грунтовых вод с. Кыз-Арг Жумгальского района" для прогнозирования динамики понижения уровня грунтовых вод в условиях работы проектируемого горизонтального дренажа.
На основании проведенных исследований разработан пакет прикладных программ для ЭВМ и передан в ОФАП ПКТИ "Водавтоматика и метрология".
Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математические методы гидрогеологических процессов" (Новосибирск, 1984), Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация водораспределения на оросительных системах в целях экономии и охраны водных ресурсов" (Фрунзе, 1984), Республиканской научно-технической конференции молодых ученых "Совершенствование проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1986), Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация гидромелиоративных систем" (Фрунзе, 1988), 1-ой, 2-ой и 3-ей научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов КАСИ (Бишкек, 1993, 1994, 1996), Международной научно-практической конференции "Проблемы механики и прикладной математики", посвященной памяти профессора Ф.И. Франкля (Бишкек, 1995), 4-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов КГУСТА (Бишкек, 1999).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 147 наименований. Она изложена на 121 страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы, 18 рисунков.