экспертные оценки.

Методы моделирования

Они делятся на прогнозы: краткосрочные и долгосрочные.

Краткосрочные эрозионные прогнозы не имеют широкого распространения, низкая оправдыва-

емость, но краткосрочный прогноз отдельных явлений ветровой эрозии почв (в метеорологии пыльные или печаные бури, вихри, поземки) имеет большое значение для ряда отраслей нар. хоз-ва (авиация, космонавтика). Задача прогноза - предсказание явления ветровой эрозии. Задача краткосрочного прогнозирования ветровой эрозии почв решается методами синоптической метеорологии: ожидаемое положениена карте погоды сопоставляется с положением, соответ. типовым процессам, т.е. таким, что в прошлом приводили к возникновению прогнозируемого явления, и составляется прогноз скорости ветра; учитывается состояние почвы; учитывается рельеф и другие местные условия. Эта методика относится к методам экстраполяции:помимо традиционных трудностей прогнозирования на основе анализа карт погоды, осложняется недостаточной обеспеченностью фактическим материалом по противодефляционной стойкости почв и по другим факторам ветровой эрозии.

Задачи долгосрочного прогнозирования эрозии почв решаются методами эрозиоведения. Эти методы относятся ко всем трем классам. Наиболее старые - методы, основанные на экспертной оценке. В основе их - субъективная оценка экспертом тех или иных факторов эрозии и основанные на этой оценке выводы. Применяется при разделении почв на категории по степени эрозионной опасности, по степени эродированности.

Типичный представитель методов экстраполяции в долгосрочном прогнозировании э розии почв -методика Г.П.Сурмача(1969), позволяющая прогнозировать весенпий сток талых вод на каштановыхи черноземных почвах на основе осенне-зимних наблюдений за

погодными условиями.

Наиболее быстро развиваются методы долгосрочного прогнозирования на основе моделирования. Бол-во основано на одновременном использовании принципов экстраполирования и собственно моделирования, т.е. для прогноза будущего в них используются сведения о прошлом и настоящем: средние многолетние величины и показатели варьирования скорости ветра, количества и интенсивности осадков, испаряемости, температуры и других метеорологических

величин, определяющих интенсивность и длительность процессов эрозии почв.

Прогнозирование дождевой эрозии почв

Широко в практике прогнозирования и предупреждения эрозии почв используется "универсальное уравнение потерь почвы"(Уишмайера-Смита), разработанное в США:

Q = 0,224· R·K·LS·C·P, где

Q - потеря почвы от эрозии в кг/м2 за год;

R - комплексная характеристика эродирующей способности дождя;

К - комплексная характеристика свойств почвы, определяющих ее эрозионные свойства (водопроницаемость и противоэрозионную стойкость);

LS - комплексная характеристика топографических факторов;

С - комплексная характеристика влияния системы земледелия на смыв почвы;

Р - комплексная характеристика эффективности различных противоэрозионных мероприятий.

R - комплексная характеристика эродирующей способности дождя: рассчитывают по многолетним данным метеостанций: берут графики зависимости интенсивности дождя от времени для всех ливней за много лет (дожди с суммой осадков меньше 12,7 мм в расчет не берут). Для каждого ливня находят показатель rзо - средняя 30-мин. интенсивность дождя (мм/ч), рассчитывают суммарную кинетич. энергию дождевых капель в расчете на 1м2 пов-ти, на которую выпадает дождь.

Исп.эмпирическим ур-нием Е = 1,213 + 0,8901 lgr, где Е - суммарная кинетическая энергия всех дождевых капель для каждого миллиметрового слоя осадков, выпадающих на 1м2 пов-ти, кгс-м;

r - интенсивность дождя, мм/ч.

Поскольку интенсивность дождя изменяется во времени, кривую зависимости r от Т разбивают на п участков так, чтобы в пределах каждого участка Тj величина r была примерно постоянной rj. После этого рассчитывают суммарную кинетическую энергию дождевых капель для всего ливня

Комплексную характеристику эродирующей способности дождя рассчит. по ур-нию R = Е· r зо

Эта величина теснее др. показателей коррелирует с потерями почвы от дождевой эрозии на стоковых площадках США.

Обрабатывают материалы по всем ливням за многолетний период и получают средние годовые значения R или средние месячные значения для отдельных метеостанций. Эти значения для террит. США сведены в табл. и карты.

Для учета смыва почвы во время снеготаяния, авторы методики предлагают к величине R+ Rs -

комплексный показатель эродирующей способности талых вод. Rs в США получают: сумма ос. (с декабря по март (мм))* коэфф. 0,0591.

К - комплексная хар-ка св-в почвы - отношение величины среднегодового смыва почвы с м2 стандартной стоковой площадки к величине R. Стандартная стоковая площадка - прямоугольная

площадка, расположенная на прямом склоне с уклоном 0,09 площадью 0,01 акра (40,5 м2) при ширине 1,83 м и длине 22,13 м. Длинная сторона площадки расположена вдоль склона. Почвы

на площадке пашут вдоль склона и содержат по типу черного пара. Измерения начинают не ранее двух лет после начала парования почвы. Прямые измерения величины К являются очень трудоемкими и требуют сложного оборудования. Для США разработаны таблицы значений К, регрессионное ур-ние и номограммы, позволяющие получать величину К путем расчета.

LS -комплексная хар-ка топографических факторов - опред. путем перемножения факторов длины склона L и крутизнысклона S. Необходимо иметь данные по фактическим величинамдлины и крутизны склона, а соответ. им факторы находят по номограммам или с исп. ур-ний регрессии:

Потери почвы зависят от формы склона. => делить склон на отдельные участки с примерно постоянным в пределах каждого участка уклоном и рассчитывать величину LS для каждою участка.

где Sj - фактор крутизны для j-ro участка склона;

Xj - расстояние от вершины склона до нижнего края;-го участка;

Xj-1 - расстояние от вершины склона до верхнего края j-ro участка;

все остальные величины были определены выше.

С изменением расстояния от вершины склона изменяется не только крутизна, но и свойства почвы. => для учета этого следует выделить и участки с равными величинами показателя противоэрозионных свойств почвы К.

где Kj - комплексная характеристика эрозионных свойств почвы для j-го участка склона.

С -комплексная характеристика влияния системы земледелия на смыв почвы - отношение величины потерь с участка, исп. в севообороте, к величине потерь с аналогичного участка, возделываемого по типу черного пара, вспаханного отвальным плугом вдоль склона. Учитывает влияние всех элементов используемой системы земледелия на смыв почвы. Среднюю величину

С за время ротации севооборота рассчитывают путем суммирования значений С по отдельным полям севооборота, а в пределах поля - по периодам, и последующего деления на продолжительность ротации севооборота в годах. В пределах каждого года использования почвы на каждом поле севооборота выделяют периоды, в течение которых величина С считается постоянной для данного поля и определяется опытным путем.

Р- комплексная хар-ка эффективности противоэрозионных мероприятий- отношение величины смыва почвы при использовании противоэрозионных мероприятий к величине смыва с парового поля, вспаханного вдоль склона. Мероприятия, учитываемые величиной Р: контурная обработка, контурное полосное земледелие, поделка валов-террас с широким основанием; правильная обработка, почвозащитные севообороты, применение удобрений, мульчирование почвы пожнивными остатками.

Плюсы модели: завершенность, обширные возможности в обл. прогнозирования и планирования противоэрозионных мероприятий, простота применения на практике, хорошая обеспеченность вспомогательным табулированным материалом, необходимым для расчета значений аргументов модели(справедливо только в отношении США).

Недостатки модели: механизм процессов формирования стока и смыва почвы не рассматривается, т.е. модель является чисто эмпирической, что ограничивает возможности её применения для больших и сложных водосборов и для отдельных ливней, в других природных условиях. В ней не рассматриваются процессы отложения смытой почвы. Чрезвычайная сложность, недостаточная изученностью моделируемого явления

Статистическая модель дождевой эрозии, разработанная в нашей стране - модель Государственного гидрологического института (Инструкция но определению расчетных гидрологических

характеристик..., 1979):

где Q - модуль стока наносов (смыв почвы) за дождевой паводок, т/га;

hp%л -суточный слой стока дождевых осадков заданной вероятности

превышения Р%; а1 - коэффициент, зависящий от типа ручейковой сети на склоне и агротехнического

фона; b - коэффициент, учитывающий влияние с/х исп. почвы в предшествовавшем году на смыв почвы под паром и пропашными культурами (если поле паровало или было занято пропашными,

b = 1; зерновыми - b = 0,9; многолетними травами — b - 0,8).

Наиболее разработанный блок этой модели- гидрологический. Эрозионный блок разработан в меньшей степени. Модель пригодна для целей прогноза смыва почвы с водосборов площадью

< 2 км2 и для целей проектирования гидротехнических противоэрозионных мероприятий.

Статистическая модель дождевой эрозии почв (Методические рекомендации..., 1985), созданная во ВНИИЗиЗПЭ (г. Курск): хар-ся более глубокой разработанностью эрозионного блока. Гидрологические блоки этих двух моделей во многом аналогичны.

где Q - средняя величина смьша почвы дождевыми водами на отрезке склона, горизонтальное проложение которого равно а, а нижний конец находится на расстоянии х2 (по горизонтали) от водораздела, в

расчете на единицу площади, т/га; а - горизонтальное проложение отрезка склона, для которого определяют величину смыва почвы, м (обычно а берут равным 75 м); I - уклон (tga где а - угол наклона данного отрезка склона, град); Х2 - горизонтальное проложение части склона от водораздела до нижнего конца изучаемого отрезка, м; к, п, р - эмпирические коэффициенты, зависящие от возделываемой культуры, от направления рядков относительно горизонталей и от уплотненности

пашни; ɣ - параметр, характеризующий мутность водного потока на приводораздельном отрезке склона, горизонтальное проложение которого равно а = 75 м, при его уклоне 0,004 на типичном, выщелоченном и обыкновенном черноземах среднего гран. состава, г/м3; hp%л - слой ливневого стока нужной обеспеченности, мм, определяют в соответствии с методикой ГГИ; i - показатель степени при слое стока, который принимают равным 1,1; Р т - коэффициент относительной податливости почв эрозии; Р гр- коэффициент учета влияния гран. состава почвы на ее относительную податливость эрозии; Р э.см- коэффициент учета влияния степени смытости почвы на ее податливость

эрозии; к э.ст - коэффициент учета влияния степени смытости почвы на сток дождевых вод;

А - коэффициент учета влияния агротехнических и лесомелиоративных противоэрозионных приемов

на сток и смыв почвы.

Этой моделью легко определить, на каком расстоянии от водораздела смыв начнет превышать допустимую величину. Позволяет рассчитать среднюю величину смыва со склона.

Модель дождевой эрозии почв -методика прогнозирования, предложенная Мирцхулавой:

где Q - количество смытой почвы со склона длиной х2 за время Т, т/га; ɣ - плотность почвы в состоянии полного водонасыщения, т/м3; dw - средний размер отрываемых водным потоком почвенных частиц, м, принимаемый при отсутствии данных специальных исследований равным 0,004 м(dw можно найти более точно как средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов при "мокром просеивании" предварительно

увлажненной почвы по методу Саввинова); w ' - средняя частота пульсаций скорости, с-1 (w '= 10 с-1);

v^n - неразмывающая донная скорость движения воды, м/с; v^x2 - lонная скорость потока на расстоянии.х2 от водораздела, м/с, х1 -. длина неэродируемого участка склона, в нижней части которого скорость потока равна неразмывающей (м/с). Неэродируемый участок - понятие условное, т.к. какой-то смыв почвы наблюдается даже прискоростях потока, не превышающих неразмываюшую; Т - время, в течение которого слой вьшавших осадков превышает слой

инфильтрации, с.

Эта модель не содержит формальных препятствий к применению ее в любых физико-географических условиях, т. к. она основана на ф-ле смыва, вьведенной теоретически и содержащей аргументы, которые характеризуют условия образования поверхностного стока во время дождя, скорость движения воды по склону и сопротивляемость почвы смыву, выраженную через донную неразмывающую скорость движения воды.

За рубежом также делаются попытки создания физически обоснованного уравнения дождевой эрозии почв. Уравнение смьва почвы при дождях (Foster, Meyer, 1975):

D = Kr (τ- τс),

где D - подверженность почвы смыву в руслах ручейков, кг/(м2с); Кг - параметр эродируемости почвы в руслах (с/м); τ - касательное напряжение потока, действующее на частицы почвы

(н/м2); τс - критическое касательное напряжение, необходимое для отрыва частиц почвы в существенных количествах (н/м2).

Дата добавления: 2015-07-16