Математическое моделирование водного режима почв

Водным режимом почвы называют совокупность всех процессов поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания и расхода. Количественной характеристикой водного режима почвы является ее водный баланс. К основным источникам водного баланса относят осадки и грунтовые воды. Кроме того, дополнительными источниками увлажнения почвы служат поверхностный приток и влага, конденсирующаяся из паров воды.

Влажность почвы, т. е. содержание в ней влаги, обычно выражают в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность) или от объёма почвы ненарушенного сложения (объёмная влажность); запас воды в почве - в кубических метрах на 1 га или в миллиметрах водного слоя. Почвенная влага может находиться в парообразном, жидком и твёрдом (лёд) состояниях. Обычно содержание водяных паров в почвенном воздухе близко к полному насыщению, а их перемещение в почве происходит под влиянием разности температур - от более тёплых слоев к более холодным. Подвижность и доступность влаги для растений зависят от связи с твёрдыми частицами почвы, величины и строения почвенных пор, степени и характера заполненности их водой. Различают воду связанную, удерживаемую сорбционными силами, и свободную, находящуюся в почвенных порах вне влияния сорбционных сил. Связанная (сорбированная) вода удерживается поверхностью почвенных частиц с очень большой силой; эта вода практически недоступна растениям. Свободная почвенная влага может быть гравитационной, передвигающейся под преимущественным влиянием силы тяжести и капиллярных сил. Над грунтовой водой залегает зона капиллярной каймы, влага которой легко перемещается под совокупным влиянием капиллярных сил и тяжести; эта влага легко доступна растениям. Содержание влаги в зоне соответствует капиллярной влагоемкости почвы. При глубоком залегании грунтовых вод в верхней части почвы обособляется зона подвешенной влаги, максимальное содержание которой соответствует наименьшей влагоемкости почвы. Часть влаги этой зоны также доступна растениям. Капиллярная и наименьшая влагоемкость почвы имеют большое агропроизводственное значение, так как определяют максимальную величину прочного запаса почвенной влаги.

Высокая подвижность воды и способность вступать в химические и физико-химические взаимодействия с большим числом разнообразных веществ определяют ее важнейшую роль в процессах почвообразования. В результате перемещения водой органических, минеральных и органоминеральных соединений формируется почвенный профиль. Чрезвычайно велика роль воды и в биологических процессах. Поэтому водный режим занимает особое место среди почвенных режимов, оказывая исключительное влияние на генезис почв и их биологическую продуктивность. Этим объясняется огромное внимание к проблеме водного режима почв.

Широкое распространение при изучении водного режима почв получил водно-балансовый метод. Его использование в течение столетия позволил получить огромное количество весьма ценных сведений о скорости влагооборота в почвах различных природных зон. Водно-балансовый метод очень полезен для первоначального обобщения обширных материалов о водном режиме почв. В его основе лежит закон сохранения вещества. В наиболее общей форме баланс воды для системы или какого-либо ее компонента может быть описан следующим образом:

∆В = П - Р ± С,

где ∆В - изменение содержания воды в системе за данный промежуток времени; П - количество воды, поступившее в систему за это время; Р - количество воды, потерянное системой за ∆t; С - синтез или распад воды внутри системы за это время.

Наряду с водно-балансовыми исследованиями предпринимались попытки разработать более общую теорию динамики почвенной влаги, которая базировалась бы на фундаментальных физических законах и позволяла предсказывать состояние и движение воды в почвах. В результате этих усилий был развит термодинамический метод изучения водного режима почв. В его основе лежат представления о термодинамическом потенциале почвенной влаги. К настоящему времени показано, что на основе понятия потенциала воды в почве, может быть получено удовлетворительное описание всех наиболее важных процессов перераспределения и расходования почвенной влаги.

Математическое описание движения воды в насыщенных почвах, т.е. почвах, порозное пространство которых полностью занято водой, основано на законе Дарси (1856). Этот закон утверждает, что поток воды, проходящий через единицу площади поперечного сечения почвы в единицу времени, пропорционален градиенту потенциала:

Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Геоэкологические проблемы использования почвенных и земельных ресурсов
Определенная часть почв как в России, так и во всем мире с каждым годом выходит из сельскохозяйственного обращения в силу разных причин. Тысячи и более гектаров земли страдают от эрозии, кис ...

Пенная сепарация отходов
Жизнедеятельность человека и животных, любая технологическая деятельность неизбежно приводят к образованию различных видов отходов, оказывающих то или иное воздействие на окружающую среду. О ...

Характеристика мероприятий по регулированию выбросов в периоды особо неблагоприятных метеорологических условий
В зависимости от ожидаемого уровня загрязнения атмосферы, составляются предупреждения трех степеней, которым соответствуют три режима работы предприятия. При первом режиме работы должно быть об ...

Разделы