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

Нормативно- правовая база
Деятельность предприятия должна основываться на законодательной базе и согласовываться с нормативными документами Российской Федерации. Закон об охране окружающей среды, №7-ФЗ, определяет правов ...

Расчет и анализ величин приземных концентраций загрязняющих веществ
Расчет величин приземных концентраций загрязняющих веществ произведен по программе «Эколог», версия 2-20. Расчетная температура окружающего воздуха принята равной средней температуре наиболее х ...

Воздействие на окружающую среду вредных веществ в результате выброса сжигаемого попутного нефтяного газа
Промышленность как сфера деятельности характеризуется огромными запасами и использованием больших объемов химических веществ, высоких давлений, температур, скоростей, массивных крупногабар ...