Оқулық Алматы, 2014 Əож 631. 67 (075. 8) Кбж 40. 6 я73

Судың топыраққа сіңу жəне сүзілу қасиеті

жүктеу/скачать 20,16 Mb.

бет	12/45
Дата	30.03.2020
өлшемі	20,16 Mb.
	#61059
түрі	Оқулық

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 45

Байланысты:
mustafaev auylsharuashylyk (1)

Судың топыраққа сіңу жəне сүзілу қасиеті

Топырақтың экологиялық талап-тілегіне сай, егістік танаптарға берілетін судың шамасы, топырақтың суды сіңіру қабілетіне сай келуінің қағидасын қатал сақтасақ, онда суғару арықтарындағы су өнімінің шамасын тез табуға болады. Егер топырақтың суды сіңіру қабілеті тұрақты болса, мұндай келісімшартпен суғару ешуақытта қиындық тудырмас еді. Топыраққа тəн судың сіңіруінің қарқынының біртіндеп кішіреюі жəне суғарудың ұзақ уақытты (бірнеше сағат не- месе тəулік) талап ететіндігі, суғарудың басқы жəне соңғы кезіндегі судың сіңу қарқынының арасындағы үлкен айырмашылықты анық- тайды. Сондықтан суғару тəртібін белгілегенде алдымен топыраққа судың сіңу заңдылығын анықтау қажет.

Топырақтың суды сіңіруі – уақыт аралығында азайып отыратын табиғи құбылыс. Судың сіңіруінің қарқынының біртіндеп төмендеуі

топырақтың түйіршіктерінің бұзылуына жəне тапталуына, арынның қысымының төмендеуіне, ауаның қарсылығының өсуіне, химиялық өзгерістерге жəне басқа да себептерге алып келеді. Топырақтың суды жұту құбылысын екі кезеңге бөлуге болады (24-сурет):

сіңіру – судың топырақ қабатындағы қозғалысы, сумен толық толмаған қуыстар арқылы іске асырылады;
сүзілу – судың топырақ қабатындағы қозғалысы толық сумен толған қуыстар арқылы жүреді.

Бұл біртұтас табиғи құбылыстың екі кезеңінің сандық мінезде- месі, топырақтың қуыстығына, танаптағы топырақтың бетінің жағдайына, топырақтың қабаттылығына, бастапқы ылғалдану дəрежесіне суды беру əдісіне байланысты.

24-сурет. Топыраққа судың уақыттың ұзақтығына байланысты сіңу жылдамдығының сызбасы

Жер бетімен суғаруда – топырақтың суды сіңіру құбылысы негіз- гі көрсеткіші болып табылады. Топырақ қабатындағы болатын бұл құбылысты зерттеумен А.Н. Костяков, С Ф. Аверянов, А.И. Будагов- ский, В.В. Ведерников, Н.Н. Веригин, С.М. Кривовияз, Р.Е. Хортон, Дж. Р. Филип, А.И. Голованов, И.В. Маслов, В.А. Сурин, Ю.Н. Ни- кольский, Ж.С. Мұстафаев жəне де басқалар айналысқан. Бірақ осы уақытқа дейін бұл табиғи құбылыстың барлық жағын есепке алатын математикалық бейнесі əлі тұрғызылған жоқ, тек қана тəжірибелік (эйперикалық) байланыстар ғана бар.

Ауылшаруашылық жерлерді мелиорациялау саласында судың топыраққа сіңу жылдамдығын (V_t) жəне сіңген судың көлемін (h_t) анықтау үшін А.Н. Костяковтың өрнегін көп пайдаланады:

V_t= V₀/ t^α;

h  ^^V⁰

^__t1 _,

^t^1   ^
 

мұнда, V₀– алғашқы сағаттағы сіңудің орташа жылдамдығы, м/сағат; α – топырақтың қасиетіне жəне ылғалдану дəрежесіне байланысты көрсеткіш; t – сіңудің ұзақтығы, сағат.

Егер А.Н. Костяковтың V_t=V₀/ t^αөрнегіне жүйелік талдау жүр- гізсек, мынаны байқауға болады, топыраққа судың ұзақтығы үлкен болмаған жағдайда, яғни топыраққа судың сіңу кезеңінде, өте жоғары дəлдік топыраққа судың сіңу құбылысын өрнектей алады, ал сіңудің уақыты шексіз өскен (t→∞) кезде, судың топыраққа

сіңу жылдамдығы нөлге ұмтылады (V_t→0), яғни limV_t^0 бұл

t 

топыраққа судың сіңуінің физикалық мағынасына сай келмейді.

Жоғарыда аталған кемшілікті жою үшін И.В. Маслов жəне В.А. Сурин (1976) кеуек денедегі ылғалдың ағынының тығыз бай- ланысты теңдеуінің (заттың салмағының сақталу заңын) негізінде құрылған мына теңдеуді:

dV __B dt Z ₀

_V₀

K_ô_,

мынадай бастапқы жəне шектелген жағдайда шешті: t = 0 болғанда V = V₀тең жəне t = ∞ болғанда V = K_фтең. Бұл дифференциалдық теңдеудің аналитикалық шешімі Р.Е. Хортонның (1940) топыраққа судың сіңуін анықтауға арналған өрнегіне өте ұқсас өрнекті тапты:

V  _V  K _ exp ^ ^^B^^ t  K ,

t 0 ô
Z





^^^^ô

 ^⁰^

мұнда, μ = (m – W₀) – топырақ қабатының ылғал сыйымдылығы; B = K_ф/μ – топырақтың суды сүзу жылдамдығының ылғал сыйым- дылығына қатынасының көрсеткіші; Z₀– топырақтың есепке алын- ған қабатының қуаты, м.

И.В. Маслов жəне В.А. Сурин (1976) бұл өрнекті интеграл- дау арқылы топырақ бетінің бірлік өлшемінен өтетін сіңген судың көлемін анықтауға арналған өрнекті шығарды:

^h^^^V0 ^^Kô ^^¹^^e^x^p^^K^^e^^^K

t ^,

^t ^â ^ô â
K

мұнда, K_в– теңгермелік көрсеткіш, K_в= B/Z₀.

Жалпы, (V₀– K_ф) · Z₀/B топырақ қабатының қуатымен өрнектел- ген, оның суды сіңіру сыйымдылығын сипаттайды жəне топырақ қабатындағы алғашқы ылғалдың сыйымдылығын мына байланыс арқылы анықтауға болады:

h_в= H · d · (W_нв– W₀) ,

мұнда, Н = Z₀– топырақтың есепке алынған қабатының қуаты; d – топырақтың көлемдік салмағы.

Егер, h_в= H · d · (W_нв– W₀) теңдеуді мына (V₀– K_ф)/ K_вбайла- нысты ескере отырып, K_вмəнін табу үшін шешсек, онда мынадай өрнекті табамыз:

100  _V₀ K_ô_


K
немесе ^K

 ^B ^K^ô

_

100  K_ô_.

â ^H^^d^^W
íâ

^^W₀

^H^^^{H H}^^d^^m^^W⁰

Бізге белгілі топыраққа судың сіңуін бейнелетін А.Н. Костяков- тың өрнегіндегі α тек топырақтың қасиетін сипаттап қана қоймай, егістік жерлерді суарар алдындағы топырақ қабатының ылғалдану дəрежесінде сипаттайтындығы атап көрсетілген. Бірақ жоғарыда келтірілген А.Н. Костяковтың (1953), Р.Е. Хортонның (1940) жəне В.А. Суриннің (1976) топыраққа судың сіңуін бейнелетін өрнектері топырақтың ылғалдау дəрежесін толық ескермейді. Бұл кемшілікті жою үшін математикалық тұрғыдан жан-жақты негізделген жəне табиғи заңдылықтар сай келетін топыраққа судың сіңу бейнесінің қатарына, Р.Е. Хортон (1940) мен В.А. Суриннің (1976) ұсынған өрнегінің негізінде алынған Ж.С. Мұстафаевтың (1990) өрнегін жатқызуға болады:

_V_^W_íâ W_i^__V

K _exp _K  t _ K ,

t ^^0
W

 W

 íâ 0 

ô â â

мұнда, W_нв, W₀, W_i– топырақ қабатындағы төменгі ылғал сыйымды- лығына, нақты суғару мезгіліндегі жəне суғарар алдындағы топырақ қабатының ылғалдылығы; V₀, V_t, K_ф– судың топыраққа бастапқы кездегі сіңіру жылдамдығы жəне уақытындағы шамасы, сүзілу жылдамдығы, м/сағат; K_в– топырақтың ылғалдану дəрежесіне жəне қасиетіне байланысты көрсеткіш, 1/сағат.

Топыраққа сіңетін су қабатын (h_t), су сіңіру жылдамдығының теңдеуін уақыт (t) бойынша дифференциалдау арқылы табамыз:

t â ô

h    h

_1  e^^K^â^^t_ K

t _,

мұнда θ =(W_нв–W_i)/(W_нв–W₀) – топырақ қабатының сумен қанығу дə- режесі; h_в= (V₀– K_ф)/ K_в– топырақ қабатының су сыйымдылығы, су қабатының қуатымен көрсетілген.

Жалпы, теңгермелік көрсеткіштің мəнін тəжірибелік зерттеудің нəтижесі бойынша тұрғызылған топыраққа судың сіңу қисығы ар- қылы анықтауға болады (25-сурет).

25-сурет. Уақытқа байланысты топыраққа судың сіңу жылдамдығы жəне сіңген су қабаты

Жалпы топырақтың ылғалдану дəрежесіне жəне қасиетіне бай- ланысты көрсеткішті (K_в) басқа да жолмен анықтауға болады, се- бебі экспоненциалдық сызбаларда, топырақ қабатының су сыйым- дылығының жартылай толуы (h_в/2) қажетті уақыттың ұзақтығын (Т_в) сипаттайтын болғандықтан, оны мына өрнекпен анықтауға болады:

T_в= ln 2 / K_в= 0.693/ K_в.

Сонымен, кеуек денедегі ылғалды тасымалдаудың дифферен- циалдық теңдеуін шешудің негізінде, судың топыраққа сіңу үдерісін егістік жердің топырақ қабатының ылғалдану дəрежесін ескере отырып, анықтайтын математикалық үлгісі жер бетімен суғарудың гидравликалық көрсеткіштерін толық анықтауға мүмкіншілік береді.

жүктеу/скачать 20,16 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 45