Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
При составлении прогноза величины питания сверху wt по (V.26) или (V.28) в качестве исходных данных могут быть приняты: изменение величины влагообмена зоны аэрации с атмосферой Д (wat) за соответствующий промежуток времени t, или начальная (wat)e и заданная проектом (wat) величины влагопереноса через поверхность почвы (в начальном сечении), начальное (бытовое)
питание грунтовых вод (wt)e и зависимость безразмерной величины t}w, t от глубины до воды z и параметра влагопереноса В. При этом величины влаго-обмена зоны аэрации с атмосферой wat определяются в виде результирующей приходных и расходных элементов водного баланса на поверхности как в естественных, так и в проектных условиях. Величина питания грунтовых вод в бытовых условиях wt находится расчетным или экспериментальным методом с учетом режима грунтовых вод.
В заключение еще раз отметим, что знание режима влажности пород W =
— / (z, t) в годовом разрезе по глубине зоны аэрации является основным условием применения изложенной методики. На основе данных об этой влажности W уточняются для каждого отрезка времени t значения параметра В.
Как уже отмечалось, распределение влажности по глубине в течение года может быть определено и по аналогии с хорошо изученными опытными участками и, наконец, по специально выполненным расчетам. В основу таких расчетов может быть принято решение уравнения влагопереноса (У.4) при dk\v/dz= О для граничных условий первого и третьего родов. Одно из таких решений дал А. И. Якобс (1961 г.).
Для случаев неоднородного строения зоны аэрации (например, двухслойного) могут быть получены решения уравнения (V.5) для граничных условий четвертого рода. Такие решения будут аналогичны решениям, данным в теории теплопроводности для системы ограниченного и полуограничеиного стержней с тепловой изоляцией (Лыков, 1967).
Определение параметров влагопереноса по данным наблюдений за режимом влаги в зоне аэрации
Основные параметры диффузивного и термодиффузивного вЛагоперепосов D Wt D't могут быть определены методом элементарных балансов. Коэффициент влагопроницаемости находится по формуле (V.6). Обобщенный параметр влагопереноса В проще всего находится аналитическим методом.
Метод элементарных балансов
Основное уравнение влагопереноса (V.4) можно выразить в конечных разностях и рассматривать его как расчетную формулу для решения обратной задачи — нахождения параметров D\v и D'T по известным данным о режиме влажности W, температуры Т и коэффициенте влагопроницаемости kw для усредненных значений влажности. Название метода следует из рассмотрения баланса влаги в конечном элементе потока Дz за конечный (обычно небольшой) промежуток времени Д t.
Обозначив
_И7?, s+o— S | !*W, 3,S)-1 ^W, 1, s+l .
У “ At ' 2 Az
f- _ Wi, s+i -j- Wa, s+i — 2W2, s+i „
^ (Az)2
____ ^1. s+i + 7'з, s+i — 2T2, s+i .
(Aijs •
уравнение (V.4) можно записать в виде
у = Dwt - I- D'Tx,
(V.29)
где Wlt s + lt W2, s+1, W3, s+i — значения объемной влажности на средний (s + 1) момент расчетного промежутка времени At соответственно в верхнем 1, среднем 2 и нижнем 3 по потоку влаги сечениях (рис. 49); W2, s+2, W2, s — значения объемной влажности в среднем сечении 2 соответственно на конечный (s + 2) и начальный (s) моменты времени Аt\ Т1>& + 1, Т2, s+1, Т3,S+1 — значения температуры грунтов зоны аэрации на средний (s + 1) момент промежутка времени At соответственно в верхнем 1, среднем 2 и нижнем 3 по потоку тепла и влаги
в сечениях. Эти значения лучше всего принимать равными среднеарифметическим из срочных наблюдений, проводимых через один и тот же интервал времени за период At в соответствующих сечениях потока;
1, s+1, kw, з, s+ i— средние за промежуток времени At значения коэффициента влагопроницаемости, зависящие от влажности, соответственно в сечениях 1 и 3 потока, удаленных друг от друга на расстояние 2Дz. Проще всего для расчета этих коэффициентов по (V.6) использовать усредненную за время Дt объемную влажность в соответствующем сечении; Дz — отрезок пути между сечениями потока 1—2 и 2—3.
При наличии данных систематических наблюдений за влажностью и температурой почвогрунтов зоны аэрации вначале выделяют ряд расчетных периодов года продолжительностью в несколько суток (от 10 до 30—50).
В каждом периоде, однородном по условиям инфильтрации или испарения с поверхности, должно заключаться несколько (более 2—3) отрезков времени Дt с различным значением величин W, Т, kw, входящих в уравнение (V.29).
Например, для средней полосы лесной зоны европейской части территории СССР можно выделить периоды: ранневесенний (II—III), весенний (IV—V), весенне-летний (V—VII), летне-осенний (VIII—IX) и осенне-зимний (X— XII—I). В первом из них устойчивое промерзание обусловливает восходящий ток влаги к дневной поверхности, во втором — происходит инфильтрация жидких осадков и талых вод, в третьем — имеет место испарение с поверхности, в четвертом — возможно чередование испарения с инфильтрацией дождевой воды и в пятом периоде — опять дистилляция влаги от грунтовых вод к деятельному слою почвы.
