Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
СУХАРЕВ Юрий Иванович
УДК 631.6
ОБОСНОВАНИЕ ВОДНЫХ МЕЛИОРАЦИЙ АГРОЛАНДШАФТОВ
(НА ПРИМЕРЕ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ)
Специальность 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва - 2010
Работа выполнена на кафедре мелиорации и рекультивации земель Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный университет природообустройства
Официальные оппоненты:
академик РАСХН, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Ковалев Николай Георгиевич (Государственное научно-исследовательское учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель)
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шуравилин Анатолий Васильевич (Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский университет дружбы народов)
доктор технических наук, профессор Никитенков Борис Федорович (Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет природообустройства)
Ведущая организация:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова
Защита состоится ______________ 2010 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 при ФГОУ ВПО Московский государственный университет природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Московский государственный университет природообустройства.
Автореферат разослан ________________ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат технических наук Сурикова Т.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В соответствие с концепцией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию и в целях реализации Федерального закона О развитии сельского хозяйства в нашей стране последовательно осуществляется выполнение государственной программы развития сельского хозяйства, федеральных целевых программ по устойчивому развитию сельских территорий, сохранению и восстановлению плодородия почв агроландшафтов, повышению продовольственной безопасности страны, сбалансированному решению социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала в интересах настоящего и будущих поколений.
Мероприятия по поддержанию почвенного плодородия реализуются в рамках федеральной целевой программы Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы с дальнейшим продолжением программных мероприятий до 2012 года включительно. Сельское хозяйство относится к отраслям, зависящим в значительной степени от климатических условий, что оказывают сильное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и на объемы их производства. Поэтому программой предусматривается выделение государственных инвестиций на строительство, реконструкцию и восстановление мелиоративных систем.
Решение проблем, связанных с устойчивым развитием и оптимизацией сельскохозяйственного производства может быть достигнуто только на основе геосистемного, ландшафтного подхода к вопросам обоснования систем земледелия и мелиорации агроландшафтов.
Теоретическое обоснование необходимости и интенсивности мелиорации земель в настоящее время базируется, преимущественно, на изучении водного и связанных с ним режимов почв на основе балансовых, нульмерных или одномерных математических моделей массопереноса, в пределах локальных участков, без достаточной изученности пространственных закономерностей формирования этих режимов в элементарных ландшафтах (фациях) и их сопряженных рядах - ландшафтно-геохимических катенах.
В соответствии с современными требованиями, мелиоративные мероприятия должны рассчитываться и проектироваться с учетом ландшафтных границ и ландшафтных особенностей конкретной территории; мелиоративные режимы должны обосновываться с учетом особенностей функционирования природных и антропогенных ландшафтов; необходим наиболее полный учет свойств и состояний элементов и компонентов агроландшафтов.
Использование геосистемного, ландшафтного подхода при обосновании необходимости и интенсивности мелиоративных мероприятий на территории агроландшафтов позволяет рассматривать все природные компоненты в их неразрывности и взаимосвязи и является актуальной проблемой и актуальным направлением исследований.
Вопросы устойчивого сельскохозяйственного производства, оптимизации природных ландшафтов и агроландшафтов особенно актуальны для центра европейской части территории России, где сконцентрированы основной промышленно-экономический потенциал страны, ее научные, культурные и образовательные структуры.
Цель исследований. Цель работы заключается в разработке методологии научного обоснования, на основе ландшафтного, катенарного подхода необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошение, осушение) агроландшафтов, обеспечивающих высокую продуктивность сельскохозяйственных культур, с учетом влияния на природную среду, и применении ее в условиях Московской области; в создании имитационной системы моделирования в виде комплекса компьютерных программ, позволяющей моделировать процесс передвижения влаги в элементарных ландшафтах (фациях) ландшафтных катен и рассчитывать значения составляющих водного баланса элементарных ландшафтов.
Задачи исследований:
1. Анализ природных условий рассматриваемого региона с использованием ландшафтно-географического подхода, определение численных значений климатического дефицита увлажнения за теплый период года и вероятности их превышения (обеспеченности) по данным метеостанций региона за представительный ряд лет.
2. Разработка методики построения расчетных схем ландшафтных катен для моделирования водного режима мелиорируемых агроландшафтов.
3. Разработка двумерной математической модели передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен, позволяющей рассчитывать значения составляющих водного баланса в сопряженных элементарных ландшафтах.
4. Проверка двумерной математической модели передвижения влаги в почвах и грунтах сопряженных элементарных ландшафтов результатами экспериментальных исследований.
5. Разработка методики расчета значений составляющих водного баланса в сопряженных элементарных ландшафтах (супераквальном, трансаккумулятивном, трансэлювиальном, элювиальном) ландшафтных катен.
6. Разработка методики расчета водообмена (промываемости) почвенного слоя и нижележащих горизонтов ландшафтных катен.
7. Разработка методики обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошения, осушения) агроландшафтов, обеспечивающих высокую продуктивность сельскохозяйственных культур.
8. Проведение численных экспериментов с использованием разработанной математической модели для определения влияния мелиоративных мероприятий (орошения, осушения) на составляющие водного баланса элементарных ландшафтов расчетных ландшафтных катен.
Методология и методика исследований. Общей методологией исследований является материалистическая теория научного познания, которая основой познания и критерием истины признает общественно-историческую практику, обобщает методы и приемы науки (эксперимент, моделирование, анализ и синтез).
Методологической основой исследований является системный подход, который является направлением общей методологии научного познания, и в основе которого лежит рассмотрение изучаемых объектов как систем.
В исследованиях использовались специальные методы научного познания: ландшафтный подход, современные методы физической географии, математическое моделирование процесса передвижения влаги в почвах, численный эксперимент, теоретическое обобщение и анализ. Использовались также современные геоинформационные технологии.
Научная новизна работы заключается в применении ландшафтного, катенарного подхода к решению проблемы обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций агроландшафтов, разработке методики расчета передвижения влаги в почвах и грунтах сопряженных элементарных ландшафтов (супераквальном, трансаккумулятивном, трансэлювиальном, элювиальном) ландшафтных катен на основе двумерной математической модели нестационарного влагопереноса в почвах.
Предложена новая методология изучения мелиоративных воздействий на агроландшафты, заключающаяся в комплексном рассмотрении взаимосвязанных потоками вещества, а также единством происхождения сопряженных элементарных ландшафтов, позволяющая изучить взаимное их функционирование. Это повышает обоснованность проектных решений, в том числе и их экологическую допустимость, дает методическую основу для постановки исследований мелиорируемых агроландшафтов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
На основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований получены новые научно-методические и практические результаты, выносимые на защиту:
1. Методология обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошения, осушения) агроландшафтов на основе ландшафтного, катенарного подхода.
2. Геоморфологическая схематизация ландшафтных катен в условиях Московской области.
3. Новая методика расчета водного режима сопряженных элементарных ландшафтов (супераквального, трансаккумулятивного, трансэлювиального, элювиального) ландшафтных катен на основе двумерной математической модели нестационарного влагопереноса в почвах и подстилающих грунтах.
4. Новая методика обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошения, осушения) агроландшафтов с учетом взаимодействия сопряженных элементарных ландшафтов ландшафтных катен.
5. Новая методика расчета составляющих водного баланса сопряженных элементарных ландшафтов ландшафтных катен.
6. Новая методика расчета водообмена (промываемости) почвенного слоя и ниже лежащих горизонтов.
Практическая ценность и значимость работы. Ценность для практики заключается в:
1. Создании математического инструментария в виде комплекса компьютерных программ, позволяющего моделировать процесс передвижения влаги в элементарных ландшафтах (супераквальном, трансаккумулятивном, трансэлювиальном, элювиальном) ландшафтных катен и рассчитывать водный режим и составляющие водного баланса (эффективные атмосферные осадки, фактическая эвапотранспирация, отток влаги из элементарного ландшафта, приток влаги в элементарный ландшафт, отток воды в водный объект, сток в дренаж, оросительная норма, изменение влагозапасов), в условиях естественного климатического увлажнения и с учетом мелиоративных мероприятий (орошения, осушения).
2. Разработке методики расчета водообмена между почвенным слоем и нижележащими горизонтами в элементарных ландшафтах, что позволяет определять промываемость почвенного слоя, которая является одним из важных показателей устойчивости агроландшафтов.
3. Определении расчетных значений дефицита водного баланса и вероятности их превышения за теплый период по данным метеостанций московского региона.
4. Разработке новой методики обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошения, осушения) с учетом взаимодействия сопряженных элементарных ландшафтов ландшафтных катен.
5. Результатах численных экспериментов по определению составляющих водного баланса и промываемости почвенного слоя сопряженных элементарных ландшафтов расчетных ландшафтных катен Московской области.
Степень достоверности полученных результатов. Достоверность полученных результатов и основных выводов подтверждается большим объемом экспериментального и теоретического материала, обобщенного и проанализированного автором в работе; апробированными исходными положениями и математическими методами, принятыми в теоретических исследованиях, а также хорошей сходимостью результатов, полученных численным путем, с экспериментальными данными.
Реализация работы. Разработанные подходы и методики предназначены для использования их при проектировании и эксплуатации гидромелиоративных систем, а также для применения в научно-исследовательской и педагогической деятельности.
Результаты исследований вошли в пособие к СНиП 2.06.03-85 Проектирование осушительных систем на слабопроницаемых грунтах (Союзводпроект, М., 1990). Материалы исследований вошли в учебники для ВУЗов: Ландшафтоведение (М.: КолосС, 2005), Природообустройство (М.: КолосС, 2008), допущенные Министерством сельского хозяйства РФ в качестве учебников для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки Природообустройство и Водные ресурсы и водопользование. За написание учебника для ВУЗов Ландшафтоведение (КолосС, М., 2005) диссертанту в составе авторского коллектива был присужден диплом I степени на Всероссийском конкурсе Аграрная учебная книга - 2005.
Результаты исследований были учтены при составлении примерных учебных программ дисциплин Мелиорация земель, Природно-техногенные комплексы, утвержденных и рекомендованных Министерством образования и науки Российской Федерации для подготовки дипломированных специалистов по направлению Природообустройство.
Результаты работы были использованы в учебном процессе ФГОУ ВПО МГУП на этапе дипломного проектирования при подготовке дипломированных специалистов по направлению Природообустройство, специальности Мелиорация, рекультивация и охрана земель.
Разработанная методика расчета водного режима почв и подстилающих грунтов с учетом рельефа земной поверхности была использована научно-производственной корпорацией Проектводстрой при подготовке проектной документации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на научно-технической конференции СевНИИГиМ (г. Ленинград, 1987 г.), научно-технических конференциях МГУП (г. Москва, 1991, 1997 гг.), Всероссийской научно-технической конференции Проблемы научного обеспечения развития эколого-экономического потенциала России (г. Москва, 2004 г.), Межрегиональной конференции Международного Конгресса по ирригации и дренажу (МКИД) Производство продовольствия и вода: социально-экономические проблемы ирригации и дренажа (г. Москва, 2004 г.), Международной научно-практической конференции Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России (г. Москва, 2005 г.), Международной научно-практической конференции Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем (г. Москва, 2006 г.), XI Международной ландшафтной конференции Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика (г. Москва, 2006 г.), Международной научно-практической конференции Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов (г. Москва, 2008 г.), Международной научно-практической конференции Нанобиотехнологии в сельском хозяйстве (г. Москва, 2008 г.), Международной научно-практической конференции Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России (г. Москва, 2009 г.), Международной ежегодной научно-практической конференции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (г. Москва, 2009 г.), Международной научно-практической конференции Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства (г. Москва, 2010 г.), а также на заседании Научного Совета РАСХН по агроландшафтам и адаптивно-ландшафтному земледелию (г. Москва, 2010 г.).
Разработки по теме диссертации демонстрировались на выставках Наука на службе мелиорации (г. Москва, 1987, 1988 гг.), удостоены серебряной медали ВДНХ СССР (1987 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 печатных работ, в том числе 11 работ в изданиях согласно Перечню ВАК РФ.
ичный вклад автора в решение проблемы. В диссертации представлены результаты самостоятельных многолетних исследований автора в области обоснования водных мелиораций агроландшафтов, выполненных автором в Московском государственном университете природообустройства (ФГОУ ВПО МГУП).
Постановка проблемы и задач исследований, их решение теоретическими и экспериментальными методами, теоретические и экспериментальные исследования, анализ и обобщение полученных результатов и формулировка окончательных выводов выполнены лично автором.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложений. Общий объем текста диссертации составляет 330 страниц.
Автор выражает свою искреннюю признательность и благодарность всем сотрудникам кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП, а также ученым и специалистам, оказавшим ему поддержку и помощь на этапах выполнения и апробации диссертационной работы. Особую благодарность за научные консультации автор выражает заведующему кафедрой мелиорации и рекультивации земель МГУП, заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Голованову А.И.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Ландшафты и мелиорация земель
В первой главе представлены методологические аспекты геосистемного, ландшафтного подхода к исследованиям водного и связанных с ним режимов почв и подстилающих грунтов при мелиорации земель.
Научная теория оптимизации человеческого воздействия на природу была выдвинута В.И. Вернадским и развита его последователями в концепции ландшафтного подхода, как одного из важнейших направлений физической географии. Становление и развитие ландшафтоведения как науки неразрывно связано с именами выдающихся ученых: А. Гумбольдта, К. Риттера, В.В. Докучаева. В.В. Докучаев в своих трудах сформулировал основные идеи и принципы, которые позднее стали основополагающими положениями ландшафтоведения. Главными из этих принципов являются следующие: анализ компонентов природы, как единого целого; изучение не только естественной, но и антропогенной эволюции природы; исследование как природных, так и природно-хозяйственных комплексов; естественноисторическое обоснование системы мероприятий по созданию культурных ландшафтов.
В дальнейшем изучение физико-географических комплексов разного ранга и теоретические основы ландшафтоведения получили развитие в трудах Р.И. Аболина, Л.С. Берга, А.А. Борзова, Г.Н. Высоцкого, С.В. Калесника, Г.Ф. Морозова, С.С. Неуструева, Б.Б. Полынова, Л.Г. Раменского, В.Н. Сукачева и других исследователей.
Большое значение для теории и практики географических и ландшафтных исследований имеют труды М.В. Андриишина, Г.Н. Анненской, В.С. Аношко, Д.Л. Арманда, М.А. Глазовской, К.Н. Дьяконова, Г.В. Добровольского, В.К. Жучковой, Ф.Р. Зайдельмана, А.Г. Исаченко, Н.С. Касимова, Н.Е. Кошелевой, И.И. Мамай, Ф.Н. Милькова, В.Б. Михно, В.А. Николаева, А.И. Перельмана, Н.Ф. Реймерса, Н.А. Солнцева, В.Б. Сочавы, В.В. Сысуева, И.С. Урусевской, В.М. Чупахина, С.А. Шобы, А.М. Шульгина и других ученых, в которых рассмотрены вопросы свойств, морфологической структуры и классификации ландшафтов, пространственно-временного анализа состояния компонентов ландшафтов, моделирования природных процессов, происходящих в ландшафтах.
Учение о природных территориальных комплексах имеет большое практическое значение для сельского хозяйства и мелиорации земель. Ландшафтный подход в природообустройстве и мелиорации земель развивали в своих работах С.Ф. Аверьянов, И.П. Айдаров, Н.В. Арефьев, В.В. Бородычев, А.Д. Брудастов, В.П. Василенков, В.В. Ведерников, А.И. Голованов, Д.П. Гостищев, М.С. Григоров, К.В. Губер, А.Д. Гумбаров, Ю.П. Добрачев, Н.Н. Дубенок, А.М. Зейлигер, Д.А. Иванов, С.Д. Исаева, Н.П. Карпенко, А.Е. Касьянов, Д.М. Кац, А.Н. Каштанов, Б.М. Кизяев, Л.В. Кирейчева, В.И. Кирюшин, Н.Г. Ковалев, В.А. Ковда, Д.В. Козлов, А.Н. Костяков, А.В. Кравчук, В.Н. Краснощеков, И.П. Кружилин, Ю.А. Мажайский, З.М. Маммаев, Д.А. Манукьян, Б.С. Маслов, Б.Ф. Никитенков, А.С. Овчинников, Н.А. Пронько, В.В. Пчелкин, Л.М. Рекс, И.С. Румянцев, Г.А. Сенчуков, В.И. Сметанин, С.В. Сольский, Т.И. Сурикова, Л.М. Хажметов, Н.Б. Хитров, В.В. Шабанов, Д.В. Штеренлихт, В.И. Штыков, Б.Б. Шумаков, А.В. Шуравилин, И.Ф. Юрченко, В.П. Якушев и другие ученые.
В настоящее время существует несколько определений понятия ландшафт. Однако во всех определениях отличительными особенностями ландшафта считаются его природное единство, целостность, понимание ландшафта как структурного элемента ландшафтной (географической) оболочки планеты. Большинство существующих определений ландшафта дополняют друг друга. В совокупность понятий физической географии и ландшафтоведения наравне с общепринятым понятием ландшафта как природно-территориального комплекса (ПТК) было введено понятие геосистема, а наряду с понятием агроландшафта было введено понятие лагрогеосистема. Агроландшафт - антропогенный ландшафт, естественная растительность которого на подавляющей части территории заменена агроценозами. Под агрогеосистемой понимается техноприродная ресурсовоспроизводящая и средообразующая гео(эко)система, служащая объектом сельскохозяйственной деятельности и одновременно средой обитания культурных растений, домашних животных и человека (Голованов А.И.).
андшафт имеет однородный геологический фундамент, определенный состав горных пород, один генетический тип рельефа, единый местный климат и, как следствие, один зональный тип и подтип почв. В то же время морфологические части ландшафта - элементарные ландшафты (фации) располагаются на разных формах и элементах рельефа, отличаются друг от друга водным режимом, растительным покровом, что приводит к образованию азональных почв. Наиболее значимыми природными факторами, определяющими структурную и функциональную специфику геосистем, являются рельеф земной поверхности, геологическое строение, местный климат, обводненность территории, тип растительного покрова. Эти факторы относятся к категории внутренних ландшафтообразующих факторов.
Геосистемы и ландшафты обладают собственными, только им присущими свойствами, знание которых необходимо при изучении ландшафтов и при работе с ними - использовании, обустройстве, восстановлении. К внутренним свойствам ландшафта относят: целостность, открытость, функционирование, способность почвообразования и продуцирования биомассы, структурность, динамичность, устойчивость, способность развиваться, изменчивость свойств компонентов геосистем в пространстве, нелинейность природных процессов.
Такие важнейшие процессы ландшафтов, как влагооборот, почвообразование, продуцирование биомассы, биогенный круговорот веществ, определяются тепло- и влагообеспеченностью, т.е. количеством поступающих в ландшафт тепла и влаги. Хозяйственная деятельность оказывает существенное влияние на функционирование ландшафтов. Природные ландшафты под воздействием человеческой деятельности становятся природно-антропогенными.
Для ландшафтной оболочки справедлив закон иерархической организации слагающих ее частей. Функционально-динамическое сопряжение природных геосистем, последовательно сменяющих друг друга в направлении от местного водораздела к местному базису денудации (реке, депрессии рельефа) называют ландшафтно-геохимической (ландшафтной) катеной. Катенарный ряд элементарных ландшафтов (фаций) представляет собой целостную геосистему с однонаправленным потоком вещества и энергии сверху вниз по склону.
андшафт имеет природные, естественные границы, что позволяет составлять ландшафтные карты. Ландшафтная карта является организующим научно-методическим базисом научного анализа, исходной синтетической моделью для прикладных прогнозных расчетов: мелиоративных, водохозяйственных, экологических.
Среднемасштабные ландшафтные карты административных областей способны представлять ландшафтную структуру регионов на уровне видов и подвидов ландшафтов и географических местностей. Например, на ландшафтной карте Московской области (Анненская Г.Н. и др.) объектами изображения являются такие единицы как физико-географические провинции, физико-географические районы, ландшафты и местности. Всего на описываемой территории выделено 7 физико-географических провинций, 13 физико-географических районов, 114 индивидуальных ландшафтов, которые относятся к 75 видам и 26 родам. Местности составляют 310 видов и 26 родов.
История развития человечества - есть история природопользования, в котором природные компоненты ландшафта (воздух, поверхностные и подземные воды, горные породы, почвы, растительный и животный мир) используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человеческого общества.
Оставлять все ландшафты в неизменном состоянии было бы немыслимо и нецелесообразно, так как само выживание и развитие человеческого общества поставлено в зависимость от эффективности использования компонентов ландшафтов. При этом компоненты ландшафта выступают в роли природных ресурсов, как источники сырья, топлива, энергии, а сам ландшафт рассматривается в качестве своеобразного природно-ресурсного района или пространственного базиса для размещения различных инженерных или техно-природных систем. К основным видам природных ресурсов относятся: солнечная энергия, водные, земельные, минеральные и растительные ресурсы, а также ресурсы животного мира.
Под социально-экономической функцией ландшафта понимают выполнение ландшафтом заданной социально-экономической роли, направленной на удовлетворение той или иной потребности общества. Под оптимизацией ландшафта понимают деятельность по обеспечению наиболее эффективного выполнения ландшафтом социально-экономических функций при сохранении ресурсовоспроизводящих и средоформирующих свойств. Под улучшением ландшафта понимают систему мероприятий, направленную на изменение ландшафта с целью формирования или совершенствования благоприятных для человека свойств ландшафта.
Мелиорация дает возможность изменять комплекс природных условий (почвенных, гидрогеологических, гидрологических и др.) на земельных угодьях в необходимом для человека направлении, формировать высокопродуктивные агробиоценозы, повышать плодородие почв, обеспечивать устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, выращивать новые культуры, создавать благоприятные условия для существования полезной флоры и фауны.
В современной концепции развития мелиорации сельскохозяйственных земель нашли отражение ее основные цели: расширенное воспроизводство плодородия почв, получение оптимального урожая определенных сельскохозяйственных культур при определенных экологических ограничениях, не допускающих вредного влияния на природные системы.
Цели мелиорации земель могут быть достигнуты только при выполнении определенного целостного набора требований, которым должна удовлетворять система мелиоративных мероприятий, т.е. мелиоративного режима (Голованов А.И., Айдаров И.П.).
Между компонентами геосистем и геосистемами в целом постоянно происходит вещественно-энергетический и информационный обмен, обусловливающий межкомпонентные связи в ландшафте. Эти межкомпонентные вещественно-энергетические связи особенно активны в биогеохимическом (малом биологическом) круговороте. Поэтому, согласно положениям, выдвинутым основоположником мелиоративной науки академиком А.Н. Костяковым, одной из важнейших задач мелиорации земель является управление биологическим и геологическим круговоротами воды и химических веществ. Согласно концепции А.Н. Костякова, одной из важнейших задач земледелия и мелиораций является управление круговоротом воды и зольных питательных элементов в целях прогрессивного повышения плодородия почв и перевод потоков вещества (воды и питательных для растений веществ) и энергии из геологического круговорота в биологический путем высокопродуктивного сельскохозяйственного использования земель, изменения нужным образом природных (почвенных, гидрологических) условий земельных массивов. Таким образом, происходит увеличение аккумуляции солнечной энергии в экосистеме путем комплексного управления всеми факторами внешней среды.
При использовании воды на орошение земель эта вода включается в биологический круговорот, который таким образом усиливается. При осушении болот ускоряется геологический круговорот воды, улучшаются гидрологические условия заболоченных районов, однако при этом не должно быть допущено удаление питательных веществ с осушаемой территории. Для этого нужно предупреждать процессы эрозии, дефляции и вымыва зольных питательных веществ, регулировать и усиливать биологический круговорот влаги и питательных веществ путем правильного сельскохозяйственного использования мелиорируемых земель.
Потребности в мелиорациях изменяются по природным, или по ландшафтно-географическим, зонам. Ландшафтно-географические зоны отличаются по климату, растительности и почвам. Формирование зональности растительного и почвенного покрова определяется ресурсами солнечной радиации (тепла) и влаги.
Зональные особенности территории принято учитывать с помощью широко используемого в настоящее время энергетического коэффициента - коэффициента увлажнения А.Н. Костякова, т.е. отношения среднегодового количества атмосферных осадков к среднегодовой испаряемости. Аналогичный по смыслу энергетический коэффициент М.И. Будыко - индекс сухости, т.е. отношение количества тепла, поступившего в почву в средний год к затратам тепла, необходимым для испарения среднегодового количества атмосферных осадков, характеризует зональную тепло-влагообеспеченность, которая предопределяет зональную растительность, зональные типы и подтипы почв. В качестве показателя природной тепло-влагообеспеченности может быть использован климатический дефицит водного баланса, т.е. разница между испаряемостью и количеством атмосферных осадков за расчетный период.
Для мелиорации такие энергетические коэффициенты являются очень важными, т.к. определяют потребность в дополнительном увлажнении, когда энергетические ресурсы местности используются не в полной мере для продуцирования биомассы.
Потребность в мелиорации зависит не только от зональных, но и от азональных особенностей природных условий. Обычно орошают возвышенные выровненные пространства, естественная тепло-влагообеспеченность которых характеризуется радиационным балансом и количеством атмосферных осадков. В осушении нуждаются, как правило, азональные природные объекты - элементарные ландшафты, которые из-за своего относительно низкого месторасположения получают дополнительное водное питание за счет притока воды со стороны выше расположенных элементарных ландшафтов.
Для объективной оценки потребности в орошении и осушении необходим учет помимо зональных показателей - атмосферных осадков и испаряемости, детальный учет азональных факторов - притока воды на территорию с выше расположенных элементарных ландшафтов и ее оттока в ниже расположенные элементарные ландшафты и местные водотоки. Наиболее обоснованным является в этом случае количественное описание влагооборота в сопряженных элементарных ландшафтах в разные по климатической влагообеспеченности годы, что возможно при имитационном математическом моделировании.
Математическое моделирование передвижения почвенной влаги и подземных вод в настоящее время используется широко, вместе с тем методика описания и прогнозирования этих процессов применительно к вопросам мелиорации агроландшафтов разработана недостаточно полно. В рассматриваемом случае становится недостаточным одномерное (по вертикали) описание процессов влагопереноса, необходимо учитывать латеральные потоки между сопряженными элементарными ландшафтами при выраженном рельефе. При этом очень важен переход от обычного географического описания к схематизации. В этом случае необходимо корректно оценивать суммарное испарение (транспирацию растениями и испарение с поверхности почвы), так как оно существенно зависит от реального увлажнения корнеобитаемого слоя почвы.
Мелиорация земель входит в состав и технологическую цепочку ландшафтно-адаптивных систем земледелия. Современные региональные ландшафтно-мелиоративные системы земледелия рекомендуется разрабатывать на основе учета природных и агропроизводственных условий ландшафтных провинций, они формулируют общие подходы к адаптации сельскохозяйственного производства к ландшафтным условиям сравнительно однородных крупных территорий (Ковалев Н.Г., Иванов Д.А.). Поэтому мелиоративные мероприятия должны обосновываться и проектироваться с учетом ландшафтных границ и ландшафтных особенностей территории, а мелиоративные режимы должны рассчитываться с учетом особенностей функционирования природных и антропогенных ландшафтов.
андшафтный подход к обоснованию необходимости и интенсивности водных мелиораций агроландшафтов должен предусматривать: ландшафтную идентификацию территории (ландшафтная провинция, ландшафтный район и т.д.), изучение морфологической структуры ландшафта, классификацию территории для выполнения производственных и других функций, оценку геоморфологических, литологических, гидрогеологических и климатических условий, оценку структуры почвенного покрова. При расчете мелиоративных режимов агроландшафтов с использованием математических моделей, учитывающих двумерный характер передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен, необходима схематизация природных условий, учитывающая геоморфологические, литологические, гидрогеологические, климатические, почвенные особенности рассматриваемых таксономических единиц (ландшафтных провинций, ландшафтных районов и т.д.).
Глава 2. Характеристика ландшафтов Московской области
Во второй главе дается характеристика ландшафтообразующих факторов и компонентов ландшафтов рассматриваемого региона.
К ландшафтообразующим природным факторам, определяющим специфику геосистем, относятся: географическое положение, рельеф земной поверхности, геологическое строение, обводненность территории, характер растительного покрова, животный мир, климат. При этом климат, воды, почвы, растительность и животный мир относятся к зональным факторам, а геологическое строение и рельеф - к азональным факторам. Все перечисленные факторы принимают участие в формировании общего характера ландшафтов, как природно-территориальных комплексов.
Географически Московская область расположена между 560 58' и 540 15' северной широты и 350 06' и 400 15' восточной долготы. Площадь территории области составляет 47,0 тыс. кв. км (вместе с г. Москвой), из них г. Москва занимает площадь около 1,0 тыс. кв. км. Московская область расположена в средней части Русской (Восточно-Европейской) равнины, в междуречье р. Волги и р. Оки и является одной из центральных областей Российской Федерации.
Территория центральных областей европейской части Российской Федерации представляет собой равнину, поверхность которой отражает тектонические элементы Русской платформы. Общий наклон равнины к востоку объясняется наклоном горизонтов карбона Московской синеклизы в том же направлении. Западное и юго-западное крылья синеклизы приподняты, им соответствуют Валдайская и Средне-Русская возвышенности. Владимиро-Шиловский прогиб проявляется в виде Мещерской низины, а Окско-Цнинский вал - в виде Окско-Цнинского плато. В строении рельефа находят отражение и структуры более низких порядков - древней возвышенностью эрозионно-денудационного происхождения является Клинско-Дмитровская гряда.
Рельеф земной поверхности является результатом деятельности ледников четвертичного периода, доледникового и послеледникового процессов денудации. В современном рельефе сказывается деятельность последних трех оледенений: днепровского, московского и валдайского. Ледники и их талые воды являлись основными рельефообразующими факторами в границах московского оледенения, а за этими границами главная роль в формировании рельефа принадлежит эрозии. Изменения в связи с эрозией претерпел и ледниковый рельеф - в границах московского оледенения ледниковые формы рельефа в значительной степени видоизменены денудацией. В формировании рельефа большое значение имеет литологический состав рельефообразующих пород. В границах оледенения это преимущественно четвертичные валунные и покровные суглинки и водно-ледниковые пески и глины.
В геологическом строении рассматриваемой территории выделяют два структурных яруса. Нижний ярус представляет собой складчатый фундамент, сложенный сильно-дислоцированными кристаллическими породами архейского и протерозойского возраста. Верхний структурный ярус представлен отложениями позднего докембрия, кембрия, ордовика, девона, карбона, перми, триаса, юры, мела, палеогена, неогена и четвертичной системы.
Отложения четвертичной системы в рассматриваемом районе представлены континентальными образованиями, они имеют повсеместное распространение. Мощность их и строение на рассматриваемой территории изменяются в широких пределах в зависимости от морфологии дочетвертичного рельефа и особенностей распространения материковых оледенений. В толще четвертичных отложений выделяются морены окского, днепровского, московского и валдайского оледенений, песчано-глинистые водно-ледниковые, аллювиальные отложения, а также покровные суглинки, озерные и болотные образования.
В толще четвертичных отложений содержится комплекс подземных межпластовых вод и грунтовых вод. Подземные воды четвертичных отложений находятся в сложной взаимосвязи между собой, с подземными водами дочетвертичных пород, а также с поверхностными водами. Для большинства водоносных горизонтов четвертичных отложений характерны сравнительно небольшая глубина их залегания, малая минерализация воды и относительно небольшие ресурсы. Формирование вод четвертичных отложений связано, с постоянным и весьма интенсивным водообменом их с поверхностными водами. Основным источником питания этих вод являются атмосферные осадки.
Режим подземных вод характеризуется сезонными колебаниями, связанными главным образом с атмосферными осадками и испарением, а вблизи рек и озер находится под влиянием их режима. Воды четвертичных отложений, находящиеся в зоне активного водообмена, имеют минерализацию преимущественно от 0,1 до 0,5 г/л, и относятся к типу гидрокарбонатных кальциевых.
Основная часть описываемой территории Московской и соседних с ней областей занята бассейном Волги и ее главного притока Оки. Основные местные реки Ч Москва (длина 473 км) и Клязьма (239 км в пределах области). Важной водной артерией области является канал им. Москвы длиной 126 км, соединяющий Волгу с Москвой. Всего в области 353 реки длиной более 10 км, 3800 рек длиной менее 10 км. Длина всех водотоков области составляет 18766 км. Густота речной сети зависит от количества атмосферных осадков, геологического строения и рельефа, а также от характера почв и растительного покрова. Средняя густота речной сети в пределах Московской области составляет 0,40 км/км2.
Режим рек Московской области типичен для равнинной части Европейснкой территории России. Характерным является высокое весеннее половодье, низкая зимняя и летняя межень, относительно небольшой паводок в осенний период. На внутригодовое распределение речного стока оказывает влияние климатический фактор (соотношение осадков и испарения в бассейне реки в разнные сезоны года), а также величина водосбора, его залесенность, озерность и заболоченность, искусственные сооружения (плотины, водохранилища, пруды), нарушающие естественный режим рек.
Московская область расположена почти целиком в двух почвенных зонах: в зоне подзолистых почв и в зоне серых лесных почв. Южная граница подзолистой зоны проходит по Московской области в широтном направлении и на больншей части своего протяжения совпадает с отрезком р. Оки между городами Серпухов и Озеры. Таким образом, две трети территории Московской области располагаются в пределах южной части подзолистой зоны, или, точнее, в пределах подзоны дерново-подзолистых почв. Южнее того же отрезка Оки и до широтного отрезка р. Осетр у г. Серебряные Пруды расположена зона серых лесных почв. Южная часть Серебряно-Прудского района Московской области, к югу от широтного отрезка р. Осетр, характеризуется разнвитием оподзоленных и выщелоченных черноземов.
Дерново-подзолистые почвы являются наиболее характерными для Московской области. По занимаемой площади они находятся на первом месте, покрывая около 61% территории области. Дерново-подзолистые почвы обладают сравнительно небольшим запасом питательных веществ и гумуса. Дерново-подзолистые почвы подразделяются в зависимости от соотношения мощности и степени выраженности подзолистого и гумусового горизонтов на дерново-сильноподзолистые, дерново-среднеподзолистые и дерново-слабоподзолистые почвы.
Растительный покров территории определяется принадлежностью ее к зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов и прохождением по ней границ южно-таежной и широколиственно-лесной подзон, где преобладают смешанные елово-сосновые и хвойно-широколиственные леса. Земли лесного фонда занимают около 42% территории области. Естественный растительный покров представлен также лугами (заливными и суходольными), кустарниковыми зарослями в поймах рек, растительными сообществами болот и побережий водоемов, водными растениями.
Климат Московской области обусловлен ее географическим положением в умеренных широтах и характеризуется как умеренно-континентальный. Климат характеризуется теплым летом, умеренно-холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо, выраженными переходными сезонами. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца - июля изменяется по территории от 17 0С на северо-западе до 18,5 0С на юго-востоке. Среднемесячная температура воздуха самого холодного месяца - января на западе области - 100С, на востоке - 110С, на севере области - 10,3С, на юге - 9,8С. Период с положительной среднесуточной температурой воздуха длится в среднем 209Е215 суток. Относительная влажность воздуха, отражающая степень насыщения воздуха водяным паром, имеет годовой ход, обратный температуре воздуха. В холодный период года относительная влажность воздуха составляет в среднем 82Е87% и мало меняется в течение суток. В летний период ее значения составляют 65Е75%, при этом минимум наступает в 15Е16 часов, максимум Ч перед восходом солнца.
Годовое количество осадков по Московской области составлянет в среднем на севере 654 мм (Клин), на юге 593 мм (Кашира), на западе 640 мм (Можайск), на востоке 584 мм (Черусти). Максимум осадков приходится на июль, минимум Ч на март.
Для того чтобы судить об увлажнении, нужно знать не только количество влаги, поступающей в геосистему, но и количество расходуемой влаги, т.е. суммарное испарение или эвапотранспирацию. Общепринятым показателем потребности во влаге служит испаряемость, т.е. количество воды, которое может испариться с поверхности земли в данных климатических условиях при неограниченных запасах влаги. Величина испаряемости определяется запасами тепла, а также влажностью воздуха, которая, тоже зависит от термических условий. Поэтому соотношение испаряемости и осадков рассматривают как показатель соотношения тепла и влаги, или условий тепло-влагообеспеченности природного комплекса (геосистемы). Именно это соотношение дает представление о балансе тепла и влаги, позволяет оценить тип водного режима почв, интенсивность биологических процессов и зависимость почвенно-мелиоративных условий от этих факторов, дает возможность выявить основные факторы, лимитирующие плодородие почв, наметить мелиоративные мероприятия (орошение, осушение) и их интенсивность.
В качестве метода исследования природной тепло-влагообеспеченности территорий для целей мелиорации может быть использован анализ интегрального показателя, выраженного через климатический дефицит водного баланса за расчетный период. Климатический дефицит водного баланса, рассчитанный за теплый, биологически активный период года (со среднесуточной температурой воздуха более 5С), позволяет установить потребность в водных мелиорациях (орошение, осушение), в первом приближении количественно оценить величины оросительных норм (для элювиальных фаций), необходимых для восполнения недостатка влаги в почве, или объемы отводимой избыточной влаги. Он может быть рассчитан по формуле
Д = Е - Ос , (1)
где Д - климатический дефицит водного баланса за период с температурой воздуха выше 5С, мм; Ос - сумма осадков за расчетный период, мм; Е - испаряемость за расчетный период, мм.
Для определения испаряемости за расчетный период различными авторами предложено несколько формул. Опыт показывает правомерность использования для расчета декадной испаряемости Е, мм, формулы Н.Н. Иванова
E = 0,0061 (25 + Т)2(1 - 0,01a) , (2)
где Т - средняя за декаду температура воздуха, С; а - средняя за декаду относительная влажность воздуха, %.
Испаряемость характеризует энергетические ресурсы климата. Она отличается от испарения, т.е. фактически испаряющейся влаги, величина которой на суше всегда меньше испаряемости, ограничена количеством выпадающих осадков и зависит от биологических особенностей растительного покрова. В результате осуществления водных мелиораций, улучшающих влагообеспеченность растений, реальное потребление влаги растениями может приближаться к потенциально возможному, т.е. к испаряемости.
Исходной информацией для расчета испаряемости рассматриваемой территории послужили данные метеостанций московского региона с длительными рядами наблюдений за климатическими характеристиками. Нами были обобщены и обработаны данные наблюдений за среднедекадной температурой и относительной влажностью воздуха, а также декадными количествами атмосферных осадков 18-ти метеостанций московского региона, из них 12 - расположенных в пределах семи физико-географических провинций области, с длительностью периода наблюдений 42 года (1959Е2000 гг.). Длительность рядов наблюдений представляется достаточно репрезентативной.
По данным наблюдений за среднедекадной температурой и относительной влажностью воздуха нами была установлена длительность теплого периода, которая практически для всех метеостанций оказалась одинаковой: с 12-ой по 28-ю декаду (с 21 апреля по 10 октября). Для периода наблюдений были определены декадные значения потенциальной эвапотранспирации (испаряемости) по формуле Н.Н. Иванова и потенциальный дефицит климатического дефицита увлажнения теплого, биологически активного периода как разность между испаряемостью и атмосферными осадками.
Климатические характеристики (среднемноголетние значения) рассматриваемой территории для периода наблюдений приведены в таблице 1.
Таблица 1. Климатические характеристики физико-географических
районов Московской области
Физико-географические провинции | Физико-географические районы | Метео- станции | Осадки за год, мм | Осадки теплого периода, мм | Испаряемость теплого периода, мм | Дефицит увлажнения теплого периода, мм |
Верхне- | Западный | Волоколамск | 637 | 381 | 389 | 8 |
Волжская | Восточный | Клин | 654 | 402 | 388 | -14 |
Дмитров | 635 | 386 | 424 | 38 | ||
Смоленская | Западный | Можайск | 640 | 381 | 374 | -7 |
Восточный | Можайск | 640 | 381 | 374 | -7 | |
Московская | Западный | Н-Иерусалим | 628 | 376 | 386 | 10 |
Восточный | Дмитров | 635 | 386 | 424 | 38 | |
Москворецко- | Северный | Нарофоминск | 638 | 367 | 399 | 32 |
Окская | Южный | Серпухов | 589 | 351 | 445 | 94 |
Мещерская | Западный | ПавловскийПосад | 641 | 362 | 426 | 64 |
Егорьевск | 616 | 354 | 429 | 75 | ||
Восточный | Черусти | 584 | 332 | 418 | 86 | |
Заокская | Западный | Кашира | 593 | 345 | 469 | 124 |
Восточный | Коломна | 561 | 325 | 423 | 98 |
Как следует из таблицы, все показатели закономерно изменяются с северо-запада на юго-восток, следуя ландшафтной зональности: осадки уменьшаются, а испаряемость и дефицит увлажнения - увеличиваются.
На основе полученных результатов нами были составлены графики обеспеченности (вероятности превышения) климатического дефицита увлажнения за теплый, биологически активный период года, показывающие тепло-влагообеспеченность физико-географических районов Московской области (рис. 1).
Была составлена также схематическая карта изолиний этого показателя по средним многолетним его значениям, иллюстрирующая распределение этого показателя по физико-географическим провинциям и районам Московской области (рис. 2).
Рис. 1. Графики обеспеченности климатического дефицита увлажнения территории области за теплый период года
Оценка результатов расчетов и сопоставление их с границами физико-географических провинций и районов Московской области позволили сделать следующие выводы. Значения климатического дефицита водного баланса характеризуются значительной изменчивостью по физико-географическим провинциям и районам Московской области. В пределах области дефицит водного баланса за теплый, биологически активный период года по средним многолетним его значениям в зависимости от физико-географического района изменяется от 150 мм на юго-востоке области до -10 мм на северо-западе, т.е. более чем на 160 мм. Существенно изменяется обеспеченность растений теплом и влагой в пределах физико-географических провинций и районов, что обусловливает необходимость изменения характера и интенсивности мелиоративных воздействий.
Следует учитывать также, что потребность в мелиорации зависит не только от зональных, но и от азональных особенностей природных условий. Обычно орошают возвышенные выровненные пространства, естественная увлажненность которых характеризуется климатическим количеством тепла и атмосферных осадков, на этих землях распространены зональные почвы. В осушении нуждаются, как правило, азональные природные объекты - элементарные ландшафты, которые из-за своего пониженного расположения получают дополнительное водное питание за счет притока со стороны возвышенных элементарных ландшафтов.
Рис. 2. Изолинии среднемноголетнего климатического дефицита увлажнения (мм) за теплый период для Московской области. Условные обозначения: 1, 2 - границы физико-географических (ландшафтных) провинций и районов соответственно; 3 - изолинии дефицита климатического увлажнения; 4 - метеостанции; 5 - обозначения физико-географических районов: I1, I2; II1, II2; III1, III2 - Западный и Восточный районы соответственно Верхне-Волжской, Смоленской, Московской физико-географических провинций; IV1, IV2 - Северный и Южный районы Москворецко-Окской провинции; V1, V2; VI1, VI2 - Западный и Восточный районы соответственно Мещерской, Заокской провинций; VII - район Среднерусской провинции.
Таким образом, рассчитанные нами параметры тепло-влагообеспеченности, дифференцированные по ландшафтным провинциям и ландшафтным районам Московской области позволяют в первом приближении наметить характер и интенсивность мелиоративных воздействий в агроландшафтах.
Одними из сильных антропогенных нагрузок на ландшафты являются осушение и орошение земель, которые сопровождаются созданием новых водотоков в искусственных руслах, изменением водного и связанных с ним режимов (воздушного, теплового, пищевого, солевого) почв и подстилающих отложений, изменением процессов почвообразования.
Площадь мелиорированных земель в Московской области, по данным департамента мелиорации МСХ РФ, в недалеком прошлом составляла более 407 тыс. га, из них осушаемых - более 263 тыс. га, орошаемых - более 143 тыс. га. В среднем по области мелиорировалось около 23 % сельскохозяйственных угодий. С середины 1990-х годов новое мелиоративное строительство в области было практически прекращено. Анализ картосхем расположения осушаемых и орошаемых земель Московской области, составленных объединением Мосмелиорация по состоянию на 01.01.1997 г. показывает, что территориальное размещение мелиорированных земель в Московской области, в целом, было правильным. Наибольшее количество осушаемых сельскохозяйственных земель было сосредоточено в северо-западных физико-географических районах и в Мещерской физико-географической провинции. В южных физико-географических районах осушаются, в основном, пойменные земли рек Москвы и Оки. Наибольшее количество орошаемых земель сосредоточено в южных физико-географических районах. В северных физико-географических районах орошаются, в основном, осушенные пойменные земли рек Сестры, Яхромы и Дубны.
Глава 3. Разработка математической модели
для прогнозирования передвижения влаги в ландшафтах
В третьей главе представлены вопросы разработки двумерной математической модели для расчета процесса передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен.
Для более полного учета свойств компонентов ландшафтов и ландшафтообразующих факторов необходима разработка более совершенных методов расчета водного режима почв и грунтов природных и антропогенных ландшафтов, наиболее полно учитывающих факторы, влияющие на процесс перераспределения подземных вод. Перспективными в этом отношении являются методы моделирования передвижения влаги в почвах и грунтах, основанные на теории массопереноса в ненасыщенных и насыщенных пористых средах. Они характеризуются возможностью более адекватного отображения реальных условий поступления и перераспределения влаги в почвах. В основе этих методов лежат аналитические или численные решения дифференциальных уравнений влагопереноса, полученных на основе изучения состояния и передвижения почвенной влаги.
Возрастающие требования к точности прогноза водного режима агроландшафтов и выбора мелиоративных режимов вызывают необходимость количестнвенную оценку процесса передвижения влаги выполнять с помощью двумерных математических моделей нестационарного влагопереноса. В связи с сильнной нелинейностью двумерные дифференциальные уравнения влагопенреноса не имеют в настоящее время точных аналитических решений и решаются, как правило, численными методами с использованием вычислительной техники. Анализ имеющихся математических моделей и алгоритмов показал необходинмость их дальнейшего развития и приспособления к особенностям решаемых задач. В расчетах необходимо учитывать рельеф поверхности земли природных и антропогенных ландшафтов, климатические характеристики, испарение и отбор влаги растительным покровом, переменную мощность корнеобитаемой зоны растений, природную и привнесенную человеком слоистость и неоднородность свойств почвы и подстилающих горизонтов, влияние мелиоративных и агромелиоративных мероприятий, водообмен с нижележащими горизонтами.
Основное дифференциальное уравнение, описывающее движение воды в двумерной области можно записать следующим образом:
, (3)
где Н - полный напор почвенной влаги; CW - коэффициент дифференциальной влагоемкости; KWx, KWy коэффициеннты влагопроводности почвы в горизонтальном и вертикальном нанправлениях соответственно; е(x,y,t) - интенсивность отбора влаги корннями растений; W- объемная влажнность почвы; х, у - пространственные координаты; t - время.
Рассматриваемая двумерная область {(x,y): x[0, B], y[0, L]} слева ограничена осью OY, справа - осью симметрии, проходящей через середину элювиального элементарного ландшафта. Сверху область ограничена осью OX, совпадающей с поверхностью земли, снизу - линией, совпадающей с границей подстилающего пласта (как частный случай - водоупора). Для учета рельефа поверхности земли выполнялось преобразование координат центров блоков расчетной схемы.
Для полного математического описания решаемой задачи кроме уравнения процесса задавались условия однозначнности (начальные и граничные условия, распределение параметров), выделяющие конкретную задачу из рассматриваемого процесса. Начальным условием при решении исходного уравнения является распределение почвенной влажности или полного напора.
Граничные условия на поверхности земли могут быть различнынми в зависимости от физической постановки задачи. При поливе, вынпадении осадков без образования слоя воды и наличии испарения задается поток влаги через поверхность почвы - граничное условие 2-го рода. При выпадении больших дождей или при поливе может создаватьнся слой воды, и на поверхности почвы задается гранничное условие 1-го рода. На нижней границе рассматриваемой области возможно несколько видов граничных условий 2-го рода. В случае если нижнней границей является водоупор, поток через нижнюю границу задается равным нулю. Более общим является случай, когда существует поток через нижнюю границу, вызванный дренирующим действием более глубокой гидрографической сети или наличием напорного подпитывания. На правой границе горизонтальнный поток влаги принимается равным нулю - граничное условие 2-го рода. На левой границе при задании граничных условий вынделяли три зоны. От поверхности земли до уровня воды в водном объекте горизонтальный понток принимался равным нулю - граничное условие 2-го рода. На отрезке, равном слою воды в водном объекте могут задаваться граничные условия 1-го или 2-го рода. На отрезке, равном расстоянию от дна водного объекта до нижней гранинцы рассматриваемой области, горизонтальный поток принимался равным нулю - граничное условие 2-го рода.
Для аппроксимации зависимости влажности почвы от капиллярного нанпора была использована формула следующего вида (Голованов А.И., Ведерников В.В., Зейлигер А.М.)
, (4)
где W - объемная влажность почвы; - капиллярный напор; Wм - максимальнная гигроскопичность; т - пористость почвы; В, п - безразмерные эмпирические коэффициенты.
Важной гидрофизической характеристикой почв является завинсимость коэффициента влагопроводности от объемной влажности почвы. В разработанной двумерной математической модели влагопереноса была использована следующая формула (Аверьянов С.Ф., Голованов А.И.)
, (5)
где kw - коэффициент влагопроводности почвы; k - коэффициент фильнтрации почвы; n - показатель степени.
Рассматриваемое двумерное уравнение влагопереноса относится к нелинейным параболическим уравннениям в частных производных с параметрами, зависящими от исконмой функции и со сложными начальными и изменяющимися во времени граничными условиями, учет которых является необходимым при опинсании специфических особенностей формирования водного режима мелиорируемых агроландшафтов. Аналитических решений этого уравнения в опинсанной выше постановке в настоящее время нет, решить его можно численными методами с использованием вычислительной техники. Для решения данного уравнения нами был использован метод конечных разностей и составлена разностная схема, описывающая данное дифференциальное уравнение.
Для этого область непрерывнного изменения аргумента была заменена областью дискретного его изменения и дифференциальные операторы были заменены конечно-разностными операторами, то есть была осуществлена аппроксиманция пространства решений дифференциального уравнения пространством сеточных функций.
Уравнение представлялось в конечно-разностной форме по неявной схеме и записывалось в следующем виде:
(6)
i = 1, 2...N; k = I, 2 ... M; j = 0, 1, 2 ...G где i,k,j - номера шагов по вертикальной, горизонтальной и вренменной координате соответственно; N,M,G - общее число шагов сетки по вертикальной, горизонтальной и временной координате соответственно; hI - величина i-го шага пространственной сетнки по вертикальной координате; bk - величина k-го шага пронстранственной сетки по горизонтальной координате; Hi,kJ ; Hi,kJ+1 - напоры в центре блока с координатами ( i, k ) на моменты времени j и j+1 соответственно; cj+1/2i,k - коэффициент влагоемкости блока с координатами (i,k) на момент времени j+1/2; Rx,j+1/2i,k - сопротивнление передвижению влаги из блока с координатами (i, k) в блок с координатами ( i + 1, k ) в момент времени j+ 1/2 ; Ry,j+1/2i,k - сопротивление передвижению влаги из блока с координатами ( i , k ) в блок с координатами ( i , k+1 ) в момент вренмени J+ 1/2 ; еji,к - средняя удельная интенсивность массоизменения влаги (отбора корнями растений) за время л tj в блоке с координатами ( i , k ).
Сопротивления передвижению влаги из блока в блок определянлись следующим образом:
(7)
(8)
где Kj+1/2wi,k - коэффициент влагопроводности блока с координатами (i,к) при влажности Wj+1/2i,k .
Конечно-разностное уравнение (6) решалось методом переменных направлений со средней аппроксимацией коэффинциентов, для чего оно заменялось следующей системой:
(9)
Для расчетов по каждому направлению был использован метод прогонки, для чего система уравнений приводилась к следующему виду:
(10)
где
При прямой прогонке определялись прогоночные коэффициенты по рекуррентным формулам
(11)
При обратной прогонке определялись сеточные функции, то есть напоры в узлах сетки
(12)
Прогоночные коэффициенты и напоры в крайних блоках находились из граничных условий.
Таким образом, в результате решения двумерного уравнения с помощью приведенного алгоритма на любой момент времени рассчинтывается распределение напоров в пространстве ландшафтной катены. С понмощью зависимости (4) осуществлялся переход от нанпоров к влажностям, и вычислялось распределение влажности почвы по глубине и по ширине двумерной области.
При расчете коэффициентов влагоемкости и сопротивлений иснпользовался метод итераций на каждом интервале временного шага. Итерации прекращались после выполнения следующего условия схондимости
(13)
где Нi,к - напор в блоке с координатами (i,k); - заданнная погрешность вычислений; S = 0, 1, 2 ... N - номер итерации.
Для повышения точности расчетов в численном алгоритме иснпользовался переменный шаг по пространственным координатам.
Для расчетов с помощью приведенного алгоритма нами была разработана программа на алгоритмическом языке Фортран. Пронграмма не предъявляет специальных требований к операционной системе и может быть реализована на персональном компьютере с процессором типа Р-4, и имеющем объем оперативной памяти порядка 512 Мб.
На основе разработанного метода расчета передвижения влаги в элементарных ландшафтах пространства ландшафтной катены можно решать многоцелевые практичеснкие задачи, и в частности:
1. Рассчитывать динамику напоров, влажностей, влагозапасов и уровней грунтовых вод в пространстве элементарных ландшафтов ландшафтной катены в естественных условиях.
2. Рассчитывать все составляющие водного баланса элементарных ландшафтов и всей ландшафтной катены в целом: эффективные осадки, эвапотранспирация, водообмен между элементарными ландшафтами (приток и отток воды), а также между ландшафтной катеной и водным объектом.
3. Рассчитывать водообмен между почвенным слоем и нижележащими горизонтами.
4. Производить количественную оценку влияния мелиоративных мероприятий (орошение, осушение) и агромелиоративных мероприятий на функционирование агроландшафтов.
5. Рассчитывать оптимальные мелиоративные режимы и параметры мелиоративных воздействий (орошение, осушение) в агроландшафтах для проектируемых мелиоративных систем.
Для прогнозирования влияния мелиоративных мероприятий, таких как орошение и осушение, на функционирование агроландшафтов в методике был предусмотрен блок расчета продуктивности агрофитоценозов по апробированной для территории страны модели продуктивности Шабанова В.В.
Глава 4. Экспериментальная проверка математической модели
передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен
В четвертой главе представлены результаты экспериментальной проверки разработанной двумерной математической модели для расчета процесса передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен.
Количественная оценка правильности расчетов по математической модели в первую очередь выполнялась путем вычисления невязки баланса влаги во всей рассматриваемой области (ландшафтной катене) и в подобластях (элементарных ландшафтах ландшафтных катен: супераквальном, трансаккумулятивном, трансэлювиальном, элювиальном) на каждом временном шаге. Программа расчетов составлена таким обранзом, что за каждый расчетный промежуток времени вычисляются все составляющие водного баланса для всей рассматриваемой двумерной обнласти и ее подобластей, и рассчитывается невязка водного баланса. Уравнение воднного баланса для всей рассматриваемой двумерной области (ландшафтной катены) имеет вид:
Oc - ef - ek - D - R + G + m - W = 0 , (14)
где Ос - количество выпавших осадков; ef и eK - величина физического испарения и транспирации соответственно; D - величина дренажного стока; R - отток воды в водный объект (реку); G - велинчина водообмена, вызванного напорным питанием; т - количество поливной воды; W - изменение влагозапасов за расчетный период.
Соблюдение материального баланса в двумерной области может служить одним из критериев точности расчетов по математической модели влагопереноса. Как показали проведенные вычисления, ненвязка водного баланса в результате расчетов не превышала 0,001% от исходной величины влагозапасов, что говорит о высокой точности расчетов.
Важным этапом математического моделирования является выполнение проверочных расчетов и сопоставление результантов расчетов с экспериментальными данными. Если совпадение с данными полевых исследований получается достаточно удовлетворительным, это дает основание иснпользовать модель в прикладных инженерных расчетах водного режинма мелиорируемых земель, что в свою очередь открывает большие возможности при проектировании инженерно-мелиоративных мероприянтий.
Проверка разработанной модели данными экспериментальных исследований проводилась нами в два этапа. На первом этапе было выполнено сравнение результатов расчетов по модели с результатами полевых исследований, выполненных нами на опытном участке МГУП. Эти полевые исследования включали в себя изучение водного режима осушаемых почв по методике локальных полевых исследований, позволяющей получать характеристики водного режима почв и подстилающих грунтов в пределах водосборной площади отдельного регулирующего элемента - дрены.
На втором этапе было выполнено сравнение результатов расчетов по разработанной математической модели с опубликованными результатами полевых исследований водного режима почв ландшафтных катен, выполненных другими исследователями в Московской области.
Передвижение влаги в почвах является пространственным нестационарным процессом, иснследование которого с учетом всех воздействующих природных фактонров невозможно в лабораторных условиях. В лабораторных эксперинментах не представляется возможным воспроизвести естественное сложение и естественную слоистость почв, влияние растительного покрова на расход влаги, водообмен с нижележащими горизонтами, динамику метеорологических характеристик и другие факторы. Поэнтому для исследования процесса передвижения влаги в почвах требуется постановка полевых экспериментов, позволяющих изучать процесс в природных условиях с соблюдением естественнонго масштаба времени и пространства.
В зависимости от хода метеорологических элементов на одном и том же участке эффекты изучаемых в полевом опыте факторов монгут сильно колебаться по годам. Для получения достаточно надежных результатов требуется повторение опыта в разных погодно-климатических условиях. Поэтонму для проверки разработанной модели мы на первом этапе использовали результаты наших натурных исследований, выполненных в течение нескольких вегентационных периодов (1979...1982 гг.), различавшихся между собой по условиям естественной влагообеспеченности.
Весь комплекс полевых исследований проводился на опытном участке МГУП, расположенном в Калязинском районе Тверской области. Тверская область граничит с Московской областью и по своему экономическому облику и экономическим связям относится к группе центральных областей Российской Федерации. Геологическое строение и геологическая история территории области в основных чертах сходны с геологическим строением и геологической историей соседних областей: Московской, Новгороднской, Псковской. В области почти всюду с поверхности залегают отложенния четвертичного периода, лежащие под ними коренные породы обннажаются лишь кое-где, преимущественно по берегам рек. В основном почвенный покров области представлен дернново-подзолистыми почвами, которые составляют 95,6% от общей площади пашни. В области распространены различные по степени оподзоленности почвы: слабо-, средне- и сильноподзолистые. Сопоставление величин испаряемоснти и атмосферных осадков показывает, что Тверская область находится в зоне избыточного увлажнения, однако вегетационные периоды неконторых лет характеризуются недостатком влаги.
Опытный участок имеет плоский рельеф и геоморфологинчески приурочен к моренной равнине, местами прикрытой маломощнным прерывистый слоем песков, которая в этом районе замещает обнширное зандровое пространство - Кимрско-Калязинскую зандровую низину. В геологическом строении принимают участие леднниковые отложения Калининского горизонта, перекрытые покровнынми отложениями. Литологически ледниковые отложения представлены средними и легкими суглинками. В моренной суглинистой толще понвсеместно отмечаются включения гравия, гальки и валунов. Водное питание массива, на котором расположен опытный участок, осуществляется за счет выпадения и застаивания атмоснферных осадков. Этот тип водного питания характерен для правонбережья р. Волги между г. Кимры и г. Калязин, где преобладают верховые болота атмосферного питания, образовавшиеся вследствие близкого залегания водоупорного горизонта при незначительной дренированности плоских междуречий и обширных пойменных террас. Проведенные на опытном участке пьезометрические измеренния показали, что на участке отсутствует грунтово-напорное пинтание.
Для понижения уровня почвенно-грунтовых вод на участке был построен горизонтальный дренаж в виде системы закрытых дрен, впадающих непосредственно в ограждающие открынтые каналы. Водоприемником служит ручей, впадающий в реку Сабля. В вертикальной плоскости закрытый дренаж запроектирован из уснловия обеспечения минимального уклона дрен 0,003. Устройство траншей для дрен осуществлено экскаватором ЭТЦ-202; параметры траншей: ширина по дну - 0,5 м, заложение откосов - 0,0. Дрены выполнены из гончарных трубок с внутренним диаметром 0,05 м, длина дрен составляет в среднем 160 м. Закрытый дренаж построен на опытном участке с несколькими вариантами междренных расстояний. Глубина закладки дрен на вариантах составляет 1,0 м.
Почвы опытного участнка относятся к освоенным дерново-среднеподзолистым среднепахотным поверхностно оглеенным почвам, по механическому составу - к легким суглинкам. Анализы механнического состава почвы опытного участка проводились с испольнзованием анализатора размеров частиц (седиграфа), который обеснпечивает высокую воспроизводимость результатов, что считается критерием объективности данного метода.
Моделирование процессов передвижения почвенной влаги, познволяющее количественно оценить состояние среды обитания растенний, требует всестороннего учета водно-физических свойств почнвы. Поэтому были проведены лабораторные исследованния с целью изучения физических и водно-физических свойств почвы опытного участка.
Плотность почвы определяли радиоизотопным методом при помощи поверхностно-глубинного плотномера ППГР-1, принцип дейнствия которого основан на явлениях ослабления, рассеяния и отранжения гамма-излучения почвенной толщей. При определении плотноснти почвы гамма-плотномером необходимо вводить поправку, учитынвающую влияние почвенной влаги на процесс ослабления гамма-изнлучения. Для этого параллельно с измерениями плотности проводинли замеры влажности почвы радиоизотопным поверхностно-глубиннным влагомером ВПГР-1.
Плотность твердой фазы почвы опытного участка определялась пикнометрическим методом с применением дистиллированной воды. Значения плотности почвы и плотности твердой фазы испольнзовались для расчета общей пористости почвы. Максимальную гигроскопичность определяли методом Николаева А.В. Максимальную молекулярную влагоемкость почвы опытного участка определяли методом Долгова С.И. Коэффициент фильтрации почвы опытного участка определяли по методу Канараке.
Для того чтобы проводить расчеты воднного режима зоны аэрации с помощью математического моделированния необходимо экспериментально определить также две гидрофизические характеристики почвы: зависимость коэффициента влагопроводноснти от влажности почвы и зависимость капиллярного напора от влажности почвы (основную гидрофизическую характеристику).
С целью получения более представительных данных об основной гидрофизичеснкой характеристике почвы опытного участка ее определение было проведено нами несколькими методами: методом капилляриметра; экспресс-методом (Жернов И.Е., Дзекунов Н.Е., Файбишенко Б.А.); методом сенсоров. Это дало возможность более дифференцированно подходить к оценке водоудерживающей способности дерново-подзолистых почв опытного участка при проведении прогнозных расчетов.
Годы проведения наследований значительно различалась между собой по условиям естественной влагообеспеченности. Расчеты показали, что вегетационные периоды в годы пронведения исследований имели различные обеспеченности величин климатического дефицита увлажнения, то есть исследованиями были охвачены различные годы - от очень влажного (1980 г.) до среднего (1981 г.).
Влажность почвы является важнейшей характеристикой условий влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, правильное определение которой необходимо также для расчета влагозапасов почвы. В основу методики полевых исследований были положены наблюдения за влажностью почвы в течение периодов вегетации при помощи влагомера ВПГР-1 по стационарным скважинам, армиронванным тонкостенными дюралюминиевыми трубами марки Д1Т с внутренним диаметром 38 мм.
Наблюдения за влажностью почвы проводинлись по схеме локальных полевых исследований, позволяюнщей получать характеристики работы отдельной дрены в пределах ее водосборной площади. В 1979...1980 годах сеть наблюдательных скважин охвантывала вариант дренажа с междренными расстояниями 24 м. Наблюдательные скважины располагались по створам, пернпендикулярным к дренажным линиям, на разном расстоянии от дрен, что позволяло изучать характерные особенности формирования воднного режима почвы в междренном пространстве. Схема расположения наблюдательных скважин давала вознможность контролировать влажность почвы на расстояниях 1 м от дрены, В/4 и В/2 (где В - междренное расстояние). Занмеры влажности почвы проводились с частотой - 1 раз в 5... 10 дней. По вертикальнному профилю почвы была принята следующая схема измерений по скважинам: первое измерение выполнялось на глубине 10 см, оснтальные - через каждые 20 см, а при необходимости - более часто (через 10 см) до глубины 1,0 м. Параллельно с измерениями влажности почвы проводили занмеры уровня грунтовых вод по наблюдательным скважинам, располонженным вблизи от скважин для влагометрии.
Для проверки разработанной двумерной математической модели нестационарного влагопереноса было выполнено сопоставленние результатов расчетов по разработанной компьютерной программе с результатами полевых наблюндений, выполненных на опытном участке в период 1979...1982 гг. Были использованы данные полевых наблюдений за влажностью почвы и уровнями грунтовых вод, осредненные по шести наблюдательным точкам, расположенным в середине междренья и по шести наблюдательным точкам, расположенным на расстоянии 1 м от дрены. Результаты расчетов по модели положения уровней грунтовых вод и влагозапасов в слое 0,0...0,75 м для варианта с междренным расстоянием 24 м сравнивались с данными полевых наблюдений. Анализ результатов показал достаточно хорошее совпадение рассчитанных ханрактеристик с опытными данными. Максимальное отклонение экспериментальных значений от рассчитанных не превышает для уровня грунтовых вод 10%, для влагозапасов - 5%. Коэффициент корреляции рассчитанных и измеренных значений составляет более 0,97.
Второй этап проверки разработанной математической модели включал сопоставление результатов расчетов с опубликованными результатами полевых исследований водного режима почв ландшафтных катен (Зайдельман Ф.Р., 1969, 1975) на Рузском и Мещерском почвенно-мелиоративных стационарах, расположенных в Московской области. В этих основополагающих работах Зайдельманом Ф.Р. освещен важный вопрос взаимодействия и совместного развития геоморфологических и почвенных процессов, исследован водный режим ландшафтных катен Московской области.
Почвообразующими породами почв Рузского стационара являются тяжелосуглинистые и глинистые лессовидные (покровные) бескарбонатные отложения, подстилаемые на глубине 2Е3 м днепровской суглинистой мореной, которая в свою очередь покоится на глинах юры. На литологическом разрезе Рузского стационара были выделены следующие почвы: дерново-подзолистая суглинистая, дерново-подзолистая суглинистая глубокооглеенная, дерново-подзолистая глееватая и дерново-глеевая тяжелосуглинистые почвы (Зайдельман Ф.Р., 1975). Эти почвы расположены соответственно: на вершине холма и склонах с уклонами 2-30, нижней трети склона с уклонами 20, плоском основании склона, в понижении. Таким образом, была дана морфологическая характеристика почв характерных элементарных ландшафтов ландшафтно-геохимической катены: элювиального, трансэлювиального, трансаккумулятивного, супераквального.
Вертикальная расчлененность рельефа составляет 11,0 м, ширина ландшафтного разреза составляет 700 м, средняя мощность почв и подстилающих грунтов (до юрских глин) составляет 18,0 м.
Расчеты по модели значений влагозапасов почвы в слое мощностью 0-70 см и сопоставление результатов с результатами полевых исследований выполнялись для разных участков ландшафтной катены - вершины холма, нижней трети склона, плоского основания склона.
Для проверки разработанной математической модели нами были использованы также опубликованные материалы полевых исследований, проведенных Зайдельманом Ф.Р. на Мещерском почвенно-мелиоративном стационаре, расположенном в Московской области в пределах зандровой равнины Клязьминско-Москворецкого междуречья (Зайдельман Ф.Р., 1969, 1975). Вертикальная расчлененность рельефа составляет 4,0 м, ширина ландшафтной катены составляет 342 м, средняя мощность почв и подстилающих грунтов (до юрских глин) составляет 14,0 м.
Почвообразующими породами являются песчаные флювиогляциальные отложения мощностью 6-12 м, покоящиеся на суглинисто-супесчаной морене, в основании которой залегают юрские глины. На литологическом разрезе Мещерского стационара были выделены следующие почвы: дерново-слабоподзолистая супесчаная, дерново-подзолистая супесчаная глубокооглеенная, дерново-подзолистая глееватая супесчаная, дерново-подзолистая глеевая супесчаная, торфянисто-глеевая (Зайдельман Ф.Р., 1969, 1975). Эти почвы расположены соответственно: на вершине плоского холма, на пологом склоне, на плоском основании склона, в депрессии у основания склона.
Проверка модели проводилась путем сопоставления рассчитанных влагозапасов в расчетном слое почвы 0-70 см и полученных во время полевых исследований. Анализ результатов расчетов показал, что математическая модель адекватно воспроизводит наблюдавшуюся динамику влагозапасов почвы для разных участков ландшафтных катен рассмотренных стационаров. Максимальное отклонение экспериментальных значений от рассчитанных влагозапасов не превысило 10%. Коэффициент корреляции рассчитанных и измеренных значений составляет более 0,97.
Выполненные расчеты и сопоставление их результатов с результатами полевых исследований позволяют говорить о том, что разработанная математическая модель достаточно адекватно описывает динамику влагозапасов в почвах и грунтах с различным геоморфологическим положением, и может быть применена для прогнозов водного режима сопряженных элементарных ландшафтов ландшафтных катен.
Глава 5. Схематизация природных условий
При решении мелиоративных задач методами математического моделирования необходима схематизация природных условий: геоморфологических, почвенных, гидрогеологических и др. Необходима также схематизация техногенных воздействий в пространстве и во времени.
Научному анализу и схематизации компонентов ландшафтов посвящены работы А.М. Берлянта, А.Н. Ласточкина, Э.А. Лихачевой, Б.А. Новаковского, Ю.Г. Симонова, И.Н. Степанова, Д.А. Тимофеева, П.А. Шарого и других ученых.
Для расчетов влагооборота в ландшафтах необходимо иметь возможно более полную информацию о ландшафтах: многолетние данные о погодных условиях; геоморфологическую с количественными показателями горизонтальной и вертикальной расчлененности; карту водотоков; геологическую и гидрогеологическую; почвенную и др. В этой связи становится необходимым геоморфологическое исследование территории ландшафтных провинций и районов, определение таких морфологических показателей рельефа, как горизонтальная и вертикальная расчлененность и др. Получение и совмещение такой информации, ее увязка и схематизация природных условий в настоящее время возможны с применением ГИС-технологий.
При схематизации природных условий нами были использованы общегеографические и тематические карты: почвенная, пластики рельефа, гидрогеологическая и др.
Выполненный нами геоморфологический анализ физико-географических районов Московской области по тематическим картам позволил получить численные значения важных для геоморфологической схематизации морфологических показателей рельефа: горизонтальной и вертикальной расчлененности и др.
Горизонтальная расчлененность - это характерное расстояние между расчленяющими линиями, например, между постоянными и временными водотоками. Для характеристики горизонтальной расчлененности часто используют коэффициент горизонтальной расчлененности территории (густоту расчленения), т.е. отношение суммарной длины расчленяющих линий на какой-либо территории к ее площади. Характерное расстояние между расчленяющими линиями является величиной, обратной коэффициенту расчлененности, а ширина катены, примыкающей к водотоку, составляет половину характерного расстояния.
В вертикальном направлении необходимо было оценить характерное для каждого рассматриваемого физико-географического района высотное расположение элементарных ландшафтов, т.е. вертикальную расчлененность рельефа первичными постоянными и временными водотоками (глубину расчленения), под которой понимается характерное превышение местных водоразделов над берегами примыкающих водотоков.
Общегеографические карты эти сведения содержат в скрытом виде. Поэтому очень полезными для решения поставленных задач оказались карта эрозионного расчленения территории страны (Тимофеев Д.А., Былинская Л.Н.), карта пластики рельефа и почв Московской области. Вертикальное расчленение рельефа было определено нами как средневзвешенное из представительных значений для каждого ландшафтного района Московской области. Анализ этих карт и совмещение их с ландшафтной картой (Анненская Г.Н.) позволили получить новую важную информацию. Указанные карты отражают свойства литосферы, педосферы и их компоненты, а ландшафтная карта показывает размещение и структуру природных территориальных комплексов (геосистем).
При схематизации гидрогеологических условий нами были использованы листы гидрогеологической карты СССР (серия Московская) и гидрогеологические разрезы соответствующих листов карты. Для этого по опорным скважинам гидрогеологических разрезов были определены мощности первых от поверхности водоносных горизонтов, комплексов и водоупоров (в пределах рассматриваемых ландшафтных провинций и районов). При построении расчетных схем катен ландшафтных районов использовались средние мощности гидрогеологических подразделений. Литологический состав и коэффициенты фильтрации гидрогеологических подразделений принимались также по данным указанной карты.
Анализ тематических карт позволил получить новую информацию, необходимую для моделирования передвижения влаги в почвах и грунтах ландшафтных катен при обосновании водных мелиораций. Каждый ландшафтный район в пределах Московской области мы характеризовали набором картометрических и морфометрических показателей. В таблице 2 приведены полученные численные значения этих показателей для ландшафтных районов в пределах Московской области.
При схематизации ландшафтной катены необходимо выбрать аналитическую зависимость для описания рельефа земной поверхности. Выпукло-вогнутый профиль земной поверхности рассматривается в качестве равновесного склона и как характерный тип склонов умеренно-гумидных областей (Ласточкин А.Н.).
При схематизации таких профилей земной поверхности от берега водотока до водораздела (от супераквального элементарного ландшафта до элювиального элементарного ландшафта) превышение линии поверхности земли над берегом водотока на расстоянии x от уреза воды можно определить по следующей зависимости
, , (15)
где - вертикальная расчлененность рельефа; k - коэффициент, равный , здесь - угол наклона касательной в точке перегиба; a - значение абсциссы в точке перегиба; В - ширина катены.
Эта формула позволяет учесть основные геоморфологические характеристики: ширину ландшафтной катены, вертикальную расчлененность рельефа, крутизну склона и положение точки перегиба склона, которая отражает асимметричность речной долины.
Тангенс угла наклона касательной в любой точке (первую производную) функции (15) можно определить по следующим формулам
или
Достоинством этой формулы является то обстоятельство, что с ее помощью можно воспроизводить реальные природные геоморфологические условия, поскольку: угловой коэффициент () касательной в точке перегиба (в точке максимального угла наклона уклона) может быть рассчитан и задан по реальным значениям конкретного природного объекта (в радианной или градусной мере), асимметричность речной долины учитывается заданием значения абсциссы в точке перегиба a, вертикальная расчлененность рельефа задается максимально точно, горизонтальная расчлененность рельефа учитывается в формуле путем задания значения аргумента x=B, где B - ширина катены.
Рис. 3. Геоморфологическая схематизация ландшафтной катены:
B - ширина ландшафтной катены; ВСА, ВТА, ВТЭ, ВЭ - протяженности соответственно супераквального, трансаккумулятивного, трансэлювиального и элювиального элементарных ландшафтов; - перепады высот соответственно супераквального и элювиального элементарных ландшафтов; 1, 2, 3, 4, 5 - характерные точки
С учетом схематизации элементарных ландшафтов была составлена схема для моделирования водного режима элементарных ландшафтов ландшафтных катен. Детальная послойная дискретизация расчетной толщи, проводящаяся при моделировании, позволяет учесть водно-физические свойства всех генетических горизонтов почвы и подстилающих грунтов. При схематизации гидрогеологических условий территории и выборе расчетной схемы вводятся упрощения в геометрию реального объекта. Основным упрощающим приемом является приведение геометрической формы реального объекта к схематическим гидрогеологическим разрезам или ландшафтным катенам.
Глава 6. Обоснование водных мелиораций агроландшафтов
Московской области
Используя разработанную методику моделирования водного режима сопряженных элементарных ландшафтов, можно более объективно оценивать необходимость и интенсивность водных мелиораций - орошения и осушения.
Московская область характерна большим разнообразием природных условий. Увлажненность территории закономерно и значительно изменяется с северо-запада на юго-восток. Следовательно, потребность в орошении и потребность в осушении в пределах области существенно разнятся.
Потребность в орошении необходимо оценивать по возвышенным элювиальным элементарным ландшафтам, где формируется на первый взгляд самый простой баланс влаги: лосадки минус испарение равняется сток. Однако необходимо также учитывать отток влаги в нижерасположенные элементарные ландшафты.
Потребность в осушении необходимо оценивать по водному режиму и водному балансу пониженных элементарных ландшафтов, где к атмосферным осадкам добавляется существенная статья водного баланса - приток грунтовых вод с вышерасположенных элементарных ландшафтов. При этом не всякая пониженная территория может быть при этом переувлажнена. Здесь не в меньшей степени имеет значение отток избыточной влаги, потому что при хорошем подземном оттоке значительный приток на пониженные элементарные ландшафты может не вызывать переувлажнения и заболачивания.
Таким образом, проблема представляется гораздо более сложной, чем это порой принимается во внимание, так как нельзя по средним климатическим данным для какого-либо региона судить о потребности в осушении или орошении, не привязывая эти потребности к определенным элементарным ландшафтам. Поэтому мы использовали разработанную модель влагопереноса в сопряженных элементарных ландшафтах, куда можно подключать различные мелиоративные воздействия, то есть определять - достаточно ли дренирования этих совокупностей элементарных ландшафтов только естественным водотоком, или может быть - нужен дренаж пониженных элементарных ландшафтов, или может быть - нужен даже дренаж возвышенных элементарных ландшафтов при замедленном оттоке.
Для оценки водного режима почв и грунтов элементарных ландшафтов и влияния на него мелиоративных воздействий нами было выполнено моделирование функционирования расчетных ландшафтных катен физико-географических районов Московской области по разработанной математической модели влагопереноса. Было рассмотрено четыре расчетных варианта: естественный режим ландшафтной катены, орошение элювиального элементарного ландшафта, осушение супераквального и трансаккумулятивного элементарных ландшафтов, совместное воздействие мелиоративных мероприятий - осушения и орошения.
При моделировании водного режима сопряженных элементарных ландшафтов мы учитывали следующие природные и антропогенные факторы: рельеф земной поверхности, водно-физические свойства почв и подстилающих отложений, атмосферные осадки, испарение с поверхности почвы, транспирацию растениями, переменную во времени мощность корнеобитаемой зоны, интенсивность осушения и орошения элементарных ландшафтов катены. Расчеты были выполнены для лет различной обеспеченности климатического дефицита увлажнения, для чего были использованы данные метеостанций московского региона за период 1959Е2000 гг.
Результаты моделирования водного режима элементарных ландшафтов расчетной ландшафтной катены для средневлажного года 75% обеспеченности климатического дефицита увлажнения для ландшафтного района IV1 приведены в табл. 3. Составляющие водного баланса в таблице приведены в виде слоя воды (мм) для каждого элементарного ландшафта; для приведения их ко всей ландшафтной катене, эти значения нужно умножить на соотношение ширины элементарного ландшафта и ширины ландшафтной катены.
Водный баланс повышенных элювиальных элементарных ландшафтов в естественных условиях складывается следующим образом: впитавшиеся атмосферные осадки - 470 мм, боковой грунтовый отток - 115 мм, суммарное испарение - 324 мм. При хорошей естественной дренированности возвышенности возникает довольно сильная промываемость почв - 221 мм.
Таблица 3. Результаты прогноза водного режима почв и грунтов элементарных ландшафтов ландшафтной катены при различных режимах
Элементарные ландшафты, режимы | Статьи водного баланса, мм | Пр | Ур | |||||||
Ос | Этр | Бпг | Бог | Бпп | Боп | Др | Ор | |||
Элювиальный | ||||||||||
Естественный режим | 470 | 324 | - | 115 | - | - | - | - | 220 | 0,550 |
Мелиорация | 470 | 335 | - | 122 | - | - | - | 40 | 240 | 0,80 |
Трансэлювиальный | ||||||||||
Естественный режим | 470 | 352 | 116 | 225 | - | - | - | - | 204 | 0,60 |
Мелиорация | 470 | 352 | 122 | 233 | - | - | - | - | 206 | 0,60 |
Трансаккумулятивный | ||||||||||
Естественный режим | 470 | 368 | 225 | 122 | - | 106 | - | - | 42 | 0,30 |
Мелиорация | 470 | 368 | 233 | 120 | - | - | 156 | - | 157 | 0,70 |
Супераквальный | ||||||||||
Естественный режим | 470 | 368 | 121 | 114 | 106 | 181 | - | - | - 208 | 0,30 |
Мелиорация | 470 | 368 | 119 | 104 | - | - | 124 | - | 200 | 0,70 |
Обозначения в таблице: Ос - впитавшиеся атмосферные осадки; Этр - суммарное испарение (эвапотранспирация); Бпг - боковой грунтовый приток на элементарный ландшафт; Бог - боковой грунтовый отток с элементарного ландшафта; Бпп - боковой поверхностный приток на элементарный ландшафт; Боп - боковой поверхностный отток с элементарного ландшафта; Др - сток в искусственный систематический дренаж; Ор - оросительная норма; Пр - промываемость почвы, мм; Ур - относительная урожайность.
Результаты расчетов показали, что на возвышенных элементарных ландшафтах дренаж практически не нужен. Хотя в отдельных случаях, которые мы анализировали, даже на возвышенности при слабоводопроницаемых грунтах и наличии мощной морены тоже возможна необходимость в дренаже, задачей которого является ликвидация кратковременной верховодки. Промываемость метрового слоя почвы составляет 220 мм. Относительная урожайность, которую оценивали по методике В.В. Шабанова, составляет в естественных условиях 0,55.
На возвышенных элементарных ландшафтах в средневлажные годы возникает дефицит влажности почвы, который надо компенсировать дополнительным увлажнением. По нашим оценкам оросительная норма находится в пределах 40 мм, что согласуется с рекомендациями других авторов.
Часть поливной воды даже при незначительных поливных нормах просачивается вниз, увеличивая промываемость метрового слоя почвы на 20 мм и боковой грунтовый отток на 5 мм, суммарное испарение возрастает на 11 мм. Компенсировать увеличение промываемости надо дополнительным внесением удобрений. Относительная урожайность увеличивается - до 0,8.
Водный баланс трансэлювиальных элементарных ландшафтов в естественных условиях складывается следующим образом: впитавшиеся атмосферные осадки - 470 мм, боковой грунтовый приток с выше расположенных фаций - 116 мм, боковой грунтовый отток - 225 мм, суммарное испарение - 352 мм, поверхностный сток отсутствует.
Водный баланс трансаккумулятивных элементарных ландшафтов в естественных условиях складывается следующим образом: впитавшиеся атмосферные осадки - 470 мм, боковой грунтовый приток с выше расположенных фаций - 225 мм, боковой грунтовый отток - 122 мм, суммарное испарение - 368 мм, поверхностный сток - 106 мм.
Наличие искусственного дренажа способствует увеличению впитывания воды атмосферных осадков, вследствие этого прекращается поверхностный сток летом. Боковой грунтовый приток увеличивается на 8 мм, боковой грунтовый отток уменьшается на 2 мм, промываемость почв увеличивается на 115 мм. Прирост продуктивности агроценоза элементарного ландшафта за счет оптимизации водного режима составляет 40 %.
Орошение элювиального элементарного ландшафта практически не сказывается на водном балансе и продуктивности агроценоза трансаккумулятивного элементарного ландшафта.
Водный баланс пониженных супераквальных элементарных ландшафтов в естественных условиях складывается следующим образом: впитавшиеся атмосферные осадки - 470 мм, боковой грунтовый приток с выше расположенных элементарных ландшафтов - 121 мм, боковой поверхностный приток с выше расположенного трансаккумулятивного элементарного ландшафта - 106 мм, боковой отток в местный водоток - 114 мм, суммарное испарение - 368 мм, поверхностный сток - 181 мм. Это показывает, что пониженные элементарные ландшафты получают гораздо большее увлажнение за счет бокового притока, чем соседние. Относительная урожайность в естественных условиях составляет 0,30. При осушении прекращается поверхностный сток в теплый период. Осушение изменяет не только величину, но и направленность влагообмена в почвенном слое. До осушения имеет место капиллярное подпитывание - 208 мм в год 75% обеспеченности климатического дефицита увлажнения, а после строительства дренажа ожидается установление промывного режима в размере 200 мм. Это обстоятельство изменяет направленность почвообразовательного процесса, стимулирует сильную промываемость почв, и как следствие - вымыв гумуса и биогенов. Это - неизбежные последствия осушения. Уменьшить их можно, приводя водообмен к скомпенсированному, т.е. когда сумма нисходящих токов примерно равна сумме восходящих токов. В результате осушения относительная урожайность возрастает до 0,7. При этом отток грунтовых вод с этого элементарного ландшафта в систематический дренаж составляет 124 мм.
В среднем относительная продуктивность агроценозов ландшафтной катены в результате водных мелиораций существенно повышается. Этот прирост нужно обеспечить соответствуюшими нормами удобрений, в основном, органическими, как экологически менее опасными.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Анализ опубликованных теоретических исследований в области мелиорации агроландшафтов понказал, что в настоящее время для обоснования необходимости и интенсивности водных мелиораций в агроландшафтах применяются, в основном, нульмерные, балансовые или одномерные уравнения передвижения влаги в почвах и подстилающих грунтах. В этих уравнениях не учитываются важные элементы и компоненты природных и антропогенных ландшафтов. Практически не отражен в литературе вопрос учета рельефа земной поверхности при расчетах передвижения почвенной влаги в агроландшафтах, а также вопрос расчета элементов водного баланса в сопряженных элементарных ландшафтах ландшафтных катен.
2. Для совершенствования методов расчета мелиоративных меронприятий необходимым является разработка методов расчета передвижения влаги в почвах и грунтах элементарных ландшафтов (фаций) ландшафтных катен с наиболее полным учетом действующих природных и антропогенных факторов, с учетом единства гидрохимических потоков на водосборах.
Наиболее точно расчет мелиоративных режимов в условиях агроландшафтов можно выполнить на основе моделирования передвижения почвенной влаги и прогноза водного режима в элементарных ландшафтах ландшафтных катен с помощью двумерной математической модели влагопереноса.
3. Разработана новая методология научного обоснования, на основе ландшафтного, катенарного подхода необходимости и интенсивности водных мелиораций (орошение, осушение) агроландшафтов, обеспечивающих высокую продуктивность сельскохозяйственных культур, с учетом влияния на природную среду, которая была применена в условиях Московской области.
Предложена новая методология изучения мелиоративных воздействий на агроландшафты, заключающаяся в комплексном рассмотрении взаимосвязанных потоками вещества, а также единством происхождения сопряженных элементарных ландшафтов, позволяющая изучить взаимное их функционирование.
4. Для соответствия современным требованиям к точноснти принимаемых решений при мелиорации агроландшафтов нами была разработана новая методика расчета водного режима и обоснования мелиоративных режимов мелиорируемых агроландшафтов на основе двумерной математической модели нестационарного влагопереноса в почвах и подстилающих грунтах сопряженных элементарных ландшафтов - ландшафтных катенах.
Новая методика позволяет рассчитывать водный режим почв и подстилающих грунтов ландшафтных катен с учетом следующих природных и антропогенных факторов: рельефа земной поверхности, водно-физических свойств почв и подстилающих отложений, атмосферных осадков, испарения с поверхности почвы, транспирации растениями, переменной во времени мощности корнеобитаемой зоны, осушения и орошения элементарных ландшафтов катены.
Создана имитационная система моделирования в виде комплекса компьютерных программ, позволяющая моделировать процесс передвижения влаги в элементарных ландшафтах (фациях) ландшафтных катен и рассчитывать значения составляющих водного баланса элементарных ландшафтов.
Разработанный комплекс компьютерных программ, позволяет рассчитывать передвижение влаги в пространстве элементарных ландшафтов ландшафтных катен, обосновывать необходимость применения мелиоративных мероприятий в агроландшафтах и их интенсивность и служит целям обоснования мелиоративных режимов агроландшафтов.
5. Показано, что круговороты воды в сопряженных элементарных ландшафтах существенно связаны между собой, т.к. элементарные ландшафты не существуют изолированно. Обоснование мелиорации элементарных ландшафтов невозможно без учета этой связи, так как отток воды с возвышенных элементарных ландшафтов в пониженные коренным образом меняет соотношение статей водного баланса.
Представлены результаты расчетов водного режима ландшафтных катен (сопряженных элементарных ландшафтов) по ландшафтным районам Московской области. Составлены водные балансы по элементарным ландшафтам, в которых учтены атмосферные осадки, испарение, отток и приток воды в элементарные ландшафты, отток в реку, сток в дренаж, оросительные нормы, изменение влагозапасов в почвах и грунтах.
Представлены результаты расчетов водообмена почвенного слоя с нижележащими горизонтами (промываемости почвенного слоя) - одного из главных критериев экологической и природоохранной оценки мелиоративного режима.
6. Определены оросительные нормы для многолетних трав применительно к ландшафтным районам Московской области с учетом геоморфологических, гидрогеологических и почвенных параметров расчетных катен.
7. Разработанная новая методика расчета водного режима почв и грунтов агроландшафтов может быть использована: для обоснования необходимости применения мелиоративных мероприятий (орошения, осушения) на территории агроландшафтов и их интенсивности; для оценки промываемости почвенного слоя, как одного из важнейших показателей устойчивости природных и антропогенных ландшафтов; как основа при прогнозах водного и гидрохимического режимов почв и грунтов агроландшафтов; для оценки продуктивности растительного покрова элементарных ландшафтов и влияния на нее мелиоративных мероприятий; для проведения численных экспериментов и сценарных исследований влияния мелиоративных мероприятий на составляющие водного баланса сопряженных элементарных ландшафтов ландшафтных катен и функционирование агроландшафтов; для обоснования расчетных и эксплуатационных мелиоративных режимов агроландшафтов; для системы поддержки принятия решений применительно к водным мелиорациям; для системы расчетного мониторинга мелиорируемых агроландшафтов.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:
Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ
1. | Голованов, А.И. Влияние ирригации и дренажа на функционирование агроландшафтов (на примере низовий р. Сырдарьи) [Текст] / А.И. Голованов, С.И. Кошкаров, Ю.И. Сухарев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2004 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2004, № 4. - с. 11-15. |
2. | Сухарев, В.И. Соотношения между элементами водного баланса почв в зоне неустойчивого увлажнения [Текст] / В.И. Сухарев, Ю.И. Сухарев // Доклады РАСХН: науч.-теорет. журн. - М., 2006 - Двухмес. - ISSN 0869-6128. 2006, № 2. - с. 27-30. |
3. | Голованов, А.И. Комплексное обустройство территорий - дальнейший этап мелиорации земель [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2006 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2006, № 2. - с. 25-31. |
4. | Сухарев, Ю.И. Ландшафтный подход к обоснованию мелиораций [Текст] / Ю.И. Сухарев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2006 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2006, № 3. - с. 17-23. |
5. | Сухарев, Ю.И. Распространенность почв ландшафтных районов Московской области [Текст] / Ю.И. Сухарев // Доклады РАСХН: науч.-теорет. журн. - М., 2006 - Двухмес. - ISSN 0869-6128. 2006, № 5. - с. 35-38. |
6. | Сухарев, Ю.И. Геоморфологический анализ ландшафтных районов для целей мелиорации (на примере Московской области) [Текст] / Ю.И. Сухарев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2007 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2007, № 1. - с. 41-44. |
7. | Сухарев, Ю.И. Методика расчета водного режима территорий с учетом рельефа земной поверхности [Текст] / Ю.И. Сухарев // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, Т. 247. Оценка состояния гидротехнических сооружений (методы, способы, исследования). - Санкт-Петербург: ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2007 - ISSN 0368-0738. с. 77-83 |
8. | Сухарев, Ю.И. Потребность в водных мелиорациях в зависимости от тепло- и влагообеспеченности территории (на примере Московской области) [Текст] / Ю.И. Сухарев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2008 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2008, № 2. - с. 25-29. |
9. | Сухарев, Ю.И. Схематизация природных условий при расчетах водного режима почво-грунтов [Текст] / Ю.И. Сухарев // Мелиорация и водное хозяйство: теорет. и науч.-практ. журн. - М., 2008 - Двухмес. - ISSN 0235-2524. 2008, № 3, - с. 31-33. |
10. | Сухарев, Ю.И. Обоснование мелиоративных режимов агроландшафтов [Текст] / Ю.И. Сухарев // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук: науч.-теорет. журн. - М., 2010 - Двухмес. - ISSN 0869-3730. 2010, № 2, - с. 33-34. |
11. | Сухарев, Ю.И. Вопросы обоснования мелиоративных режимов агроландшафтов [Текст] / Ю.И. Сухарев // Природообустройство: науч.-практ. журн. - М., 2010 - ISSN 1997-6011. 2010, № 2, - с. 22-28. |
Другие публикации:
12. | Голованов, А.И. Оценка условий развития сельскохозяйственных культур прирусловых территорий при изменении уровенного режима реки [Текст] / А.И. Голованов, А.Н. Кабанов, Ю.И. Сухарев // Повышение эффективности мелиорируемых земель и использование водных ресурсов в мелиорации: сб. науч. трудов / М.: МГМИ, 1987. - с. 5-18. - ISSN 0135-3381. |
13. | Зейлигер, А.М. Расчет параметров горизонтального дренажа на ЭВМ [Текст] / А.М. Зейлигер, Ю.И. Сухарев // Мелиорация - агропромышленному комплексу: сб. науч. трудов / Л.: СевНИИГиМ, 1990. - с. 15-19. |
14. | Голованов, А.И. Расчет междренных расстояний, основанный на двумерной математической модели нестационарного влагопереноса (методика МГМИ) [Текст] / А.И. Голованов, А.М. Зейлигер, Ю.И. Сухарев / Проектирование осушительных систем на слабопроницаемых грунтах: пособие к СНиП 2.06.03-85. Приложение 3 / ВО Союзводпроект - М., 1990. - с. 53-101. |
15. | Никольский, Ю.Н. К расчету водного режима набухающих глинистых почв [Текст] / Ю.Н. Никольский, Ю.И. Сухарев // Теория и практика комплексного мелиоративного регулирования: сб. науч. трудов / М.: МГМИ, 1991. - с. 48-56. |
16. | Голованов, А.И. Методические указания по проектированию инженерной защиты городской территории от затопления и подтопления [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Ведерников - М.: МГУП, 1996. - 66 с. |
17. | Сухарев, Ю.И. Математическое моделирование подпочвенного и капельного орошения [Текст] / Ю.И. Сухарев // Современные проблемы водного хозяйства и природообустройства: тезисы докладов научноЦтехнич. конференции, посвященной 110-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ, члена-корреспонд. АН СССР А.Н. Костякова - М.: МГУП, 1997. - с. 13-14. |
18. | Касьянов, А.Е. Моделирование капельного полива в условиях юга Испании [Текст] / А.Е. Касьянов, Ю.И. Сухарев // Современные проблемы водного хозяйства и природообустройства: тезисы докладов научноЦтехнич. конференции, посвященной 110-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ, члена-корреспонд. АН СССР А.Н. Костякова - М.: МГУП, 1997. - с. 14-15. |
19. | Сухарев, Ю.И. Об одном способе определения основной гидрофизической характеристики почв [Текст] / Ю.И. Сухарев // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов: научные труды, Вып. 289 / Московский гос. ун.-т леса - М.: Издат. Московского гос. ун.-та леса, 1998. - с. 17-22 - ISSN 0540-9691. |
20. | Сухарев, Ю.И. Технология защиты дренажных вод от загрязнения [Текст] / Ю.И. Сухарев // Природообустройство - важная деятельность человека: Тезисы докладов научноЦтехнич. конференции - М.: МГУП, 1998. с. 55. |
21. | Касьянов, А.Е. Природоохранные мероприятия на мелиорируемых землях [Текст] / А.Е. Касьянов, Ю.И. Сухарев // Природообустройство и экологические проблемы водного хозяйства и мелиорации: Тезисы докладов науч.Цтехнич. конференции - М.: МГУП, 1999. - с. 80-81. |
22. | Сухарев, Ю.И. Системный подход в природообустройстве [Текст] / Ю.И. Сухарев // Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности в XXI веке: Материалы международной научно-практ. конференции, В. 2 // под общей ред. В.Н. Пряхина. - М.: Норма, 2001. - с. 90. - ISBN 5-85302-352-7. |
23. | Патент 2192723 Российская Федерация, МПК7 А 01 В 35/20, 13/16, 13/08. Рабочий орган мелиоративного орудия [Текст] / Салдаев А.М., Колганов А.В., Бородычев В.В., Лисконов А.А., Сухарев Ю.И. - № 2001101805/13; заявл. 18.01.2001; опубл. 20.11.2002, Бюл. № 32. - с. 146. |
24. | Патент 2201058 Российская Федерация, МПК7 А 01 С 7/00, А 01 В 79/02. Способ возделывания кормовых культур в орошаемом земледелии, предпочтительно для зеленого конвейера при откорме дойного гурта крупного рогатого скота [Текст] / Салдаев А.М., Колганов А.В., Бородычев В.В., Лисконов А.А., Сухарев Ю.И. - № 2001101980/13; заявл. 22.01.2001; опубл. 27.03.2003, Бюл. № 9. - с. 206. |
25. | Сухарев, Ю.И. Обоснование потребности мелиорации в Московской области [Текст] / Ю.И. Сухарев // Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности: Материалы международной научно-практ. конференции, В. 4 // под общей ред. В.Н. Пряхина. - М.: Норма, 2003. - с. 16-17. Ц ISBN 5-85302-352-7. |
26. | Сухарев, Ю.И. Мелиоративная энциклопедия [Текст]. В 3 т., Т. 1 / Ю.И. Сухарев; [Составитель Б.С. Маслов; Министерство сельского хозяйства РФ]. - М.: ФГНУ Росинформагротех; 2003. - (с. 96, 235, 239, 241, 375, 377, 462, 590). - ISBN 5-7367-0424-2. |
27. | Голованов, А.И. Влияние ирригации и дренажа на функционирование агроландшафтов низовий реки Сырдарьи [Текст] / А.И. Голованов, С.И. Кошкаров, Ю.И. Сухарев // Межрегиональная конференция МКИД Производство продовольствия и вода: социально-экономические проблемы ирригации и дренажа: тезисы - М., 2004. - с. 78-79. |
28. | Голованов, А.И. Математическая модель влагопереноса в ландшафтных катенах [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев // Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России: сб. науч. трудов, Часть II. - М.: МГУП, 2005. - с. 3-11. - ISBN 5-89231-153-8. |
29. | Сухарев, Ю.И. Использование карт пластики и расчленения рельефа при обосновании водных мелиораций [Текст] / Ю.И. Сухарев // Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России: сб. науч. трудов, Часть II. - М.: МГУП, 2005. с. 11-16. - ISBN 5-89231-153-8. |
30. | Голованов, А.И. Ландшафтоведение [Текст]: Учебник для студентов вузов по направлению Природообустройство / А.И. Голованов, Е.С. Кожанов, Ю.И. Сухарев; под ред. А.И. Голованова. - М.: КолосС, 2005. - 216 с. Ц ISBN 5-9532-0183-4. |
31. | Голованов, А.И. Ландшафтное обоснование мелиорации сопряженных фаций [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев // Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика: Материалы XI Международной ландшафтной конференции. - М.: МГУ, 2006. с. 94-97. - ISBN 5-89575-104-0. |
32. | Голованов, А.И. Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов [Текст] / А.И. Голованов, В.В. Шабанов, Ю.И. Сухарев // Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем: Материалы международной научно-практ. конференции, Часть I. - М.: МГУП, 2006. с. 26-41. - ISBN 5-89231-194-5. |
33. | Голованов, А.И. Генетическое обоснование слоя стока [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев // Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем: Материалы международной научно-практ. конференции, Часть I. - М.: МГУП, 2006. с. 41-49. - ISBN 5-89231-194-5. |
34. | Сухарев, Ю.И. Верификация модели функционирования сопряженных фаций ландшафтных катен [Текст] / Ю.И. Сухарев // Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем: Материалы международной научно-практ. конференции, Часть I. - М.: МГУП, 2006. - с. 203-209. - ISBN 5-89231-194-5. |
35. | Патент 2298305 Российская Федерация, МПК А01В 79/02 (2006.01). Способ возделывания зерновых колосовых культур на засоленных рисовых чеках [Текст] / Хаваев А.Б., Адьяев С.Б., Салдаев А.М., Бородычев В.В., Сухарев Ю.И. - № 2005126783/12; заявл. 24.08.2005; опубл. 10.05.2007, Бюл. № 13. - с. 171-172. |
36. | Патент 2299558 Российская Федерация, МПК А01G 25/02 (2006.01). Капельница [Текст] / Выборнов В.В., Салдаев А.М., Бородычев В.В., Шенцева Е.В., Сухарев Ю.И. - № 2005128433/12; заявл. 12.09.2005; опубл. 27.05.2007, Бюл. № 15. - с. 207. |
37. | Патент 2300875 Российская Федерация, МПК А01G 25/02 (2006.01). Водовыпуск [Текст] / Майер А.В., Выборнов В.В., Салдаев А.М., Шенцева Е.В., Сухарев Ю.И. - № 2005128434/12; заявл. 12.09.2005; опубл. 20.06.2007, Бюл. № 17 - с. 224. |
38. | Патент 2300877 Российская Федерация, МПК А01G 25/02. Капельница [Текст] / Выборнов В.В., Майер А.В., Салдаев А.М., Шенцева Е.В., Сухарев Ю.И. - № 2005128429/2; заявл. заявл. 12.09.2005; опубл. 20.06.2007, Бюл. № 17 - с. 225. |
39. | Голованов, А.И. Природообустройство [Текст] : Учебник для студентов вузов / А.И. Голованов, Ф.М. Зимин, Д.В. Козлов, И.В. Корнеев, И.С. Румянцев, Т.И. Сурикова, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов; под ред. А.И. Голованова. - М.: КолосС, 2008. - 552 с.- (с. 510-542). - ISBN 978-5-9532-0480-4. |
40. | Голованов, А.И. Оценка воздействия осушения на окружающую среду [Текст] : Учебное пособие / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов. - М.: МГУП, 2009. - 46 с. - ISBN 978-5-89231-266-0. |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству