Математическое моделирование водного режима почв

q = -k0 ,

где q - объем воды, протекающий в единицу времени через единицу площади поперечного сечения почвы на глубине z;

Ф - полный потенциал почвенной влаги;

k0 - гидравлическая проводимость насыщенной почвы или коэффициент фильтрации.

В насыщенных почвах величина k0 постоянна до тех пор пока структура почвы стабильна. Коэффициент фильтрации k0 существенно зависит от гранулометрического состава почвы: он максимален в грубообломочных почвах и минимален в глинистых. Величина коэффициента фильтрации зависит от количества пор в почве их размера и формы.

Движение воды в ненасыщенных почвах также подчиняется закону Дарси, если допустить, что гидравлическая проводимость почвы не постоянна, и является функцией объемного содержания влаги в почве w, k=k(w), величина гидравлической проводимости быстро убывает с понижением влажности почвы. Эта зависимость называется функцией влагопроводности почвы.

Также существует функциональная зависимость между влажностью почвы и водным потенциалом (ψ).

Нахождение этих функций для исследуемой почвы является необходимым условием удовлетворительного описания ее водного режима.

Используя уравнение Дарси для потока влаги в ненасыщенной почве:

q = -k(w) ,

и уравнение неразрывности для несжимаемой жидкости в несжимаемой пористой среде, выражающее собой закон сохранения воды в элементарном объеме почвы:

= - - Iw

где W - объемная влажнооть почвы;

q - объем воды, протекающий в единицу времени через единицу площади поперечного сечения;

Iw - объем воды, удаляемый из единицы объема почвы в единицу времени (например, потребление воды растениями и др.) принимая за положительное направление оси Z направление вниз, получим дифференциальное уравнение в частных производных относительно неизвестной функции влажности почвы W (z,t), описывающее ненасыщенный водный поток в почвенном профиле:

(k(w) ) - Iw

Используя то, что при определенном выборе единиц измерения гравитационная составляющая полного потенциала (Ф) равна абсолютной высоте Z так, что Ф = ψ+z получим уравнение известное как основное уравнение движения почвенной влаги.

[k(w) + k(w)] - Iw ,

известное как основное уравнение динамики почвенной влаги.

Это уравнение может быть использовано для описания движения воды в трехмерном пространстве, если применить соответствующую векторную запись.

Математические модели водного режима почв, в основе которых лежит уравнение динамики почвенной влаги, получили широкое распространение. Они позволяют прогнозировать изменение влажности почв с учетом влияния природных и антропогенных факторов и решать задачи выбора оптимального управления этим почвенным режимом.

Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений свидетельствуют о том, что в подавляющем большинстве случаев ошибки имитации не превышают ошибок измерений.

Другие статьи по теме

Экологический мониторинг ООО Уралхимтранс
Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействи ...

Мероприятия по охране водных и почвенных ресурсов
Актуальность исследуемой темы заключается в том, что земля - важнейшая часть окружающей природной среды, которая характеризуется пространством, рельефом, почвенным покровом, растительностью ...

Климат
Климат Енисейска резко континентальный. Очень холодная зима со средними температурами января -18, -25° С, очень теплое, иногда жаркое лето (+19, +21°С) - первая важная черта климата. Другая его осо ...