Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
Россия
ГРНТИ 87.29 Антропогенное воздействие на ландшафт. Охрана и оптимизация ландшафта
В работе предложен метод определения направления движения водного потока на агроландшафте склоновых земель. Установлены принципиальные особенности гидравлики склонового стока. Гидравлические потери водотока на преодоление сопротивлений подстилающей поверхности, эрозионные процессы и транспортирование частиц составляющих наносы представлены в виде гидродинамической характеристики водного потока. Получены зависимости для определения скорости изменения коэффициента гидравлической шероховатости для любой стокоформирующей поверхности. Разработано устройство для изучения процесса формирования микрорусла на подстилающей поверхности, позволяющее изучить процесс формирования микрорусла и точно измерять глубину и ширину потока микрорусла. По результатам полевых исследований установлено, что максимальная ширина микрорусла достигла 8,1 см, а глубина – 3,4 см, а в процессе взаимодействия водного потока и почвы с заданными характеристиками менялось положение нижней точки микрорусла, вследствие возникновения колебаний водотока и его меандрирования, амплитуда колебаний менялась в пределах от 1,86 см до 2,12 см, и составила максимум 2,6 см. Таким образом, полученные параметры позволяют прогнозировать склоновую эрозию и разрабатывать эффективные мероприятия по сокращению склонового стока атмосферных осадков.
гидродинамическая характеристика, водный поток, склоновые агроландшафты, уклоны гидравлических потерь, микрорусло, склоновая эрозия.
При решении фундаментальных и прикладных гидрологических проблем управления водным потоком на склоновых землях особенно острым является вопрос о проектировании и оценке эффективности противоэрозионных технологий [4,8]. Сложную научную задачу представляет собой определение направления движения водного потока на агроландшафте склоновых земель от параметров водного потока.
Используемые в настоящее время подходы для определения направления движения для склонового водотока не в полной мере удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к процессам взаимодействия потока воды с подстилающей поверхностью [5]. Основные причины заключаются в использовании эмпирических и полуэмпирических формул, применение которых ограничено пределами тех опытов, на которых они основаны [1,6]; определении переноса частиц на основании описательных (а не количественных) характеристик водотока и микрорусла; непрерывном изменении различных параметров потока и русла [10].
Условия, материалы и методы исследований. Воздействие внешних и внутренних сил сопротивлений на движущую среду, которые обеспечивают ускорение или торможение водного потока, можно представить в виде уравнения баланса действительного уклона и суммы уклонов гидравлических потерь при движении водного потока по стокоформирующей поверхности. С некоторым приближением без учета инфильтрации влаги в почву, вследствие продолжительности процесса, запишем уравнение в упрощенной безразмерной форме [2]: где i – уклон подстилающей поверхности склона; Σiλ– сумма уклонов гидравлических потерь при движении водного потока по стокоформирующей поверхности; iφ – уклон гидравлических потерь на трение; iψ – уклон гидравлических потерь на размыв подстилающей поверхности склона; iδ – уклон гидравлических потерь на преодоление растительных элементов ; iγ – уклон гидравлических потерь на преодоление волнистости поверхности; ij– уклон гидравлических потерь на преодоление инерции потока; is – уклон гидравлических потерь на взвешивание твердых частиц; ic – уклон гидравлических потерь на преодоление стокоформирующей поверхности.
Для анализа параметров водотоков можно, опираясь на уравнение (1), использовать графическое изображение зависимости изменения уклонов гидравлических потерь водного потока от скорости его движения, которое называют гидродинамической характеристикой стокоформирующей поверхности.
1. Барышников, Н.Б. Формулы и методы для расчета расходов донных наносов / Н.Б. Барышников, Ю.А. Демидова, А.О. Пагин, А.Б. Соколов // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета № 11. Научно-теоретический журнал. – СПб.: изд. РГГМУ, 2009. – С. 16-23. – Режим доступа: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/11-2.pdf.
2. Васильев, С.А. Обоснование конструктивно-технологических параметров профилографов для контроля мелиоративных технологий на склоновых агроландшафтах [Электронный ресурс] / С.А. Васильев // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. – 2016. – № 4(20). – С. 79–93. – Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec358-field6.pdf.
3. Васильев, С.А. Результаты экспериментальных исследований гидрофизических и эрозионных свойств почв на территории СХПК «Труд» Батыревского района Чувашской Республики / С.А. Васильев, И.И. Максимов, Е.П. Алексеев [и др.] // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И.Я. Яковлева. – 2013. – Вып. 4(80), Ч.2. – С. 39 – 45.
4. Ларионов, Г.А. Влияние наносов на эродирующую способность мелководных потоков / Н.Г. Добровольская, З.П. Кирюхина, Л.Ф. Литвин // Эрозия почв и русловые процессы. – 2003. – Вып. 14. - С. 34-45. – Режим доступа: http://makkaveev-lab. narod.ru/SEFP-14.pdf.
5. Маккавеев, Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне / Н.И. Маккавеев. - М.: Географический факультет МГУ, 2003. – 355 с. - ISBN 5-89575-063-Х.
6. Максимов, И.И. Прогноз эрозионных процессов, техника и технология для обработки склоновых земель: дисс. докт. техн. наук / И.И. Максимов. - Чебоксары, 1996. - 325 с.
7. Максимов, И.И. Моделирование развития русла в подстилающей поверхности склоновых агроландшафтов / И.И. Максимов, В.И. Максимов, С.А. Васильев, В.В. Алексеев // Почвоведение. – 2016. – № 4. – С. 514–519.
8. Мирцхулава, Ц.Е. Основы физики и механики эрозии русел / Ц.Е. Мирцхулава. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 303 с.
9. Патент 2292539 РФ. Способ определения гидравлических потерь на трение / И.И. Максимов, С.А. Васильев, В.И. Максимов - Опубл. 27.01.2007, Бюл. № 3.
10. Швебс, Г.И. Теоретические основы эрозиоведения / Г.И. Швебс. – Киев; Одесса: Вища школа, 1981. – 219 с.
