Приложение 4. Расчет солевого режима

Приложение 4

Расчет солевого режима

Задачей расчета солевого режима является обеспечение благоприятного солевого режима в активном слое почвы.

Для условий пустынной и полупустынной зоны перераспределение легкорастворимых солей (Na, Cl, сумма токсичных солей) для равномерной эпюры засоления в однородной мощной толще () следует определять по формуле:

, (1)

где С - концентрация солей в почвенном растворе.

По формуле (1) построена номограмма (черт. 4.1).

Для пользования номограммой необходимо знать следующие параметры:

1) коэффициент конвективной диффузии ;

2) активную пористость грунта ;

3) скорость нисходящей фильтрации промывных вод (осредненное значение) ;

4) координату точки , в которой определяется концентрация солей в заданный момент времени , отсчитываемой от начального.

Имея эти данные, подсчитывается и . Далее, находя по оси абсцисс восстанавливается перпендикуляр до пересечения с линией . Через полученную точку проводится горизонталь, на оси ординат берется значение , откуда найдется концентрация ,

где - концентрация солей в оросительной воде при орошении или промывке, г/л или %;

- концентрация солей в верхнем горизонте (при i=0), г/л.

В случае неравномерного засоления водонасыщенной однородной толщи неограниченной мощности для расчета солепереноса следует пользоваться формулами:

; (2)

,

где ; ; ; ;

; ; (3)

.

В формулах (2) и (3) приняты обозначения:

i - номер горизонта отбора проб почвы; i = 0 - верхний горизонт;

j - количество горизонтов отбора проб почвы;

(i=0, 1, ... j) - содержание солей в i-м горизонте; (при i=0) , г/л;

- расстояние от дневной поверхности до i-го горизонта, м;

erfc(u); ierfc(u) - функции, определяются по табл. 4.1; 4.2.

Для почв сухостепной и степной зон прогноз солевого режима и динамики поглощенных оснований (Na, Ca, Mg) следует вести на основе решения уравнений конвективной диффузии (4) и уравнений изотерм ионного обмена (5).

; (4)

p = 1, 2, 3;

; ; (5)

;

;

(6)

где - концентрация ионов в почвенном растворе, мг-экв/100 г;

- содержание ионов в ППК, мг-экв/100 г;

х - глубина (координата) от поверхности почвы, м; ;

t - время, сут;

h - мощность расчетного слоя почвы, м;

р = 1, 2 и 3 относятся соответственно к характеристикам ионов Na, Ca, Mg;

; - коэффициенты изотерм ионообменной сорбции.

Решение уравнение (4) - (6) позволяет определить динамику ионов Na, Ca, Mg в почвенном растворе и ППК, если предварительно будут определены их начальные распределения в почвенном растворе , их суммарное содержание в ППК , их концентрация в поливной воде , опытные параметры , , , а также если известен закон изменения скорости фильтрации . Решение сформулированной задачи осуществляется методом конечных разностей.

Допускается прогноз водно-солевого режима выполнять на основе нелинейных моделей влагосолепереноса.

Таблица 4.1

Значение функции erfc(U)

U	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,0	1,00000	0,98872	0,97744	0,96616	0,95489	0,94363	0,93238	0,92114	0,90992	0,89872
0,1	0,88754	0,87638	0,86524	0,85413	0,84305	0,83200	0,82099	0,81001	0,79906	0,78816
0,2	0,77730	0,76648	0,75570	0,74498	0,73430	0,72367	0,71310	0,70258	0,69212	0,68172
0,3	0,67137	0,66109	0,65087	0,64072	0,63064	0,62062	0,61067	0,60079	0,59099	0,58126
0,4	0,57161	0,56203	0,52253	0,54311	0,53377	0,52452	0,51534	0,50625	0,49725	0,48833
0,5	0,47950	0,47076	0,46210	0,45354	0,44506	0,43668	0,42838	0,42018	0,41208	0,40406
0,6	0,39614	0,38832	0,38059	0,37295	0,36541	0,35797	0,35062	0,34337	0,33622	0,32916
0,7	0,32220	0,31533	0,30857	0,30190	0,29532	0,28884	0,28246	0,27618	0,26999	0,26390
0,8	0,25790	0,25200	0,24619	0,24048	0,23486	0,22933	0,22390	0,21856	0,21331	0,20816
0,9	0,20309	0,19812	0,19323	0,18844	0,18373	0,17911	0,17457	0,17013	0,16577	0,16149
1,0	0,15730	0,15319	0,14916	0,14522	0,14135	0,13756	0,13386	0,13023	0,12667	0,12320
1,1	0,11980	0,11647	0,11321	0,11003	0,10692	0,10388	0,10090	0,09800	0,09516	0,09239
1,2	0,08969	0,08704	0,08447	0,08195	0,07949	0,07710	0,07476	0,07249	0,07027	0,06810
1,3	0,06599	0,06394	0,06193	0,05998	0,05809	0,05624	0,05444	0,05269	0,05098	0,04933
1,4	0,04771	0,04615	0,04462	0,04314	0,04170	0,04030	0,03895	0,03763	0,03635	0,03510
1,5	0,03389	0,03272	0,03159	0,03048	0,02941	0,02838	0,02737	0,02640	0,02545	0,02454
1,6	0,02365	0,02279	0,02196	0,02116	0,02038	0,01962	0,01890	0,01839	0,01751	0,01685
1,7	0,01621	0,01559	0,01500	0,01442	0,01387	0,01333	0,01281	0,01231	0,01183	0,01136
1,8	0,01091	0,01048	0,01006	0,00965	0,00926	0,00889	0,00853	0,00818	0,00784	0,00752
1,9	0,00721	0,00691	0,00662	0,00634	0,00608	0,00582	0,00557	0,00534	0,00511	0,00489
2,0	0,00468	0,00448	0,00428	0,00409	0,00391	0,00374	0,00358	0,00342	0,00327	0,00312
2,1	0,00298	0,00285	0,00272	0,00259	0,00247	0,00236	0,00225	0,00215	0,00205	0,00195
2,2	0,00186	0,00178	0,00169	0,00161	0,00154	0,00145	0,00139	0,00133	0,00126	0,00120
2,3	0,00114	0,00109	0,00108	0,00098	0,00094	0,00089	0,00085	0,00080	0,00076	0,00072
2,4	0,00069	0,00065	0,00062	0,00059	0,00056	0,00053	0,00050	0,00048	0,00045	0,00043
2,5	0,00041	0,00039	0,00037	0,00035	0,00033	0,00031	0,00029	0,00028	0,00026	0,00025
2,6	0,00024	0,00022	0,00021	0,00020	0,00019	0,00018	0,00017	0,00016	0,00015	0,00014
2,7	0,00013	0,00013	0,00012	0,00011	0,00011	0,00010	0,00009	0,00009	0,00008	0,00008
2,8	0,00008	0,00007	0,00007	0,00006	0,00006	0,00006	0,00005	0,00005	0,00005	0,00004
2,9	0,00004	0,00004	0,00004	0,00003	0,00003	0,00003	0,00003	0,00003	0,00002	0,00002
3,0	0,00002	0,00002	0,00002	0,00002	0,00002	0,00002	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001
3,1	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001
3,2	0,00001	0,00001	0,00001	0,00000	0,00000	0,00000	0,00000	0,00000	0,00000	0,00000

Таблица 4.2

Значение функции i erfc(U)

U	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,0	0,5642	0,5542	0,5444	0,5350	0,5251	0,5156	0,5062	0,4969	0,4878	0,4787
0,1	0,4698	0,4610	0,4523	0,4437	0,4352	0,4268	0,4186	0,4104	0,4024	0,3944
0,2	0,3866	0,3789	0,3713	0,3638	0,3564	0,3491	0,3419	0,3348	0,3278	0,3210
0,3	0,3142	0,3075	0,3010	0,2945	0,2882	0,2819	0,2758	0,2722	0,2637	0,2579
0,4	0,2521	0,2465	0,2409	0,2354	0,2300	0,2247	0,2195	0,2144	0,2094	0,2045
0,5	0,1996	0,1948	0,1902	0,1856	0,1811	0,1767	0,1724	0,1681	0,1640	0,1600
0,6	0,1559	0,1519	0,1481	0,1443	0,1406	0,1370	0,1335	0,1300	0,1266	0,1233
0,7	0,1200	0,1168	0,1137	0,1107	0,1077	0,1047	0,1019	0,0091	0,0964	0,0937
0,8	0,0911	0,0885	0,0860	0,0836	0,0812	0,0789	0,0766	0,0744	0,0723	0,0702
0,9	0,0681	0,0661	0,0641	0,0662	0,0604	0,0586	0,0568	0,0561	0,0534	0,0517
1,0	0,0502	0,0486	0,0471	0,0456	0,0442	0,0428	0,0414	0,0401	0,0388	0,0376
1,1	0,0364	0,0352	0,0340	0,0329	0,0319	0,0308	0,0298	0,0288	0,0278	0,0269
1,2	0,0260	0,0251	0,0242	0,0234	0,0226	0,0218	0,0211	0,0203	0,0196	0,0189
1,3	0,0182	0,0176	0,0170	0,0164	0,0158	0,0152	0,0146	0,0141	0,0136	0,0131
1,4	0,0126	0,0121	0,0117	0,0113	0,0108	0,0104	0,0100	0,0097	0,0093	0,0089
1,5	0,0086	0,0082	0,0079	0,0076	0,0073	0,0070	0,0068	0,0065	0,0062	0,0060
1,6	0,0057	0,0055	0,0053	0,0051	0,0049	0,0047	0,0045	0,0043	0,0041	0,0039
1,7	0,0038	0,0036	0,0035	0,0033	0,0032	0,0030	0,0029	0,0028	0,0027	0,0025
1,8	0,0024	0,0023	0,0022	0,0021	0,0020	0,0019	0,0019	0,0018	0,0017	0,0016
1,9	0,0015	0,0015	0,0014	0,0013	0,0013	0,0012	0,0012	0,0011	0,0010	0,0010
2,0	0,0009	0,0009	0,0009	0,0008	0,0008	0,0007	0,0007	0,0007	0,0006	0,0006
2,1	0,0006	0,0005	0,0005	0,0005	0,0005	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004	0,0004
2,2	0,0003	0,0003	0,0003	0,0003	0,0003	0,0002	0,0002	0,0002	0,0002	0,0002
2,3	0,0002	0,0002	0,0002	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001
2,4	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0001	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000

Определение коэффициента конвективной диффузии

Значение коэффициента конвективной диффузии следует принимать равным , где - коэффициент гидродинамической дисперсии, определяемый по графику (черт. 4.2); - коэффициент молекулярной диффузии .

Коэффициент конвективной диффузии - допускается определять с помощью номограмм (черт. 4.1). Для этого необходимо знать: - скорость фильтрации, - активная пористость грунта, ; ; концентрации солей соответственно в промывной воде, начальную и в каком-либо сечении толщи грунта в момент времени . Находятся величины и . Далее, из точки , взятой на ординате графика проводится горизонтальная прямая до пересечения с линией . Из полученной точки опускается перпендикуляр на ось абсцисс. Находится число и, следовательно, .

Коэффициент гидродинамической дисперсии допускается определять по номограмме (черт. 4.3). Для этого необходимо знать: и для нахождения ;

.

Определение коэффициентов изотерм ионообменной сорбции и

Коэффициенты изотерм ионообменной сорбции следует определять по данным почвенным изысканиям, моделированием процесса "засоление - рассоление" на опытных площадках и монолитах. Для этой цели составляется таблица, в которую записываются для каждого горизонта данные по содержанию катионов Na, Ca, Mg в почвенном растворе (; ; ) и ППК (; ; ) и их отношения ; также в растворе и ППК. Полученные данные наносятся на график, по оси абсцисс откладываются значения и , а по оси ординат - значения и . Полученные области точек аппроксимируются прямой, по углу наклона которой определяют значения и . Для ориентировочных расчетов значения и можно определять в зависимости от величины ППК; = 0,0265 ППК, = 0,033 ППК.

Порядок расчета

Расчет солевого режима должен выполняться в следующей последовательности:

а) по результатам почвенной съемки устанавливаются расчетные эпюры засоления по отдельным интересующим ионам или сумме токсичных солей (расчет следует выполнять для эпюры 90%-ной вероятности по засолению);

б) для рассматриваемой территории подбираются севообороты с характерным набором культур. Для каждой культуры в севообороте устанавливается режим орошения (расчет выполняется до наступления квазистационарного режима - одна - две ротации севооборота);

в) определяются гидрохимические параметры и , коэффициенты изотерм ионнообменной сорбции и ;

г) составляется таблица статей водного баланса по периодам;

д) определяется распределение влаги и солей по глубине;

е) для интересующих горизонтов строятся графики изменения запасов влаги в почве, концентрации солей в почвенном растворе и положение уровня подземных вод во времени.

В случае ухудшения мелиоративного состояния данной территории корректируется либо режим орошения и предусматриваются химические мелиоранты, либо положения уровня грунтовых вод, либо то и другое вместе и вновь составляется прогноз водно-солевого режима.