CC BY
45
УДК 631.6
Р. Хужакулов
канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Экология и защита
окружающей среды», Каршинский инженерно-экономический
институт, г. Карши, Узбекистан С. С. Эшев канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Эксплуатация гидротехнических сооружений и насосных станций», Каршинский инженерно-экономический
институт, г. Карши, Узбекистан У.Р. Хужакулов магистрант, Каршинский инженерно-экономический
институт, г. Карши, Узбекистан
ЭРОДИРОВАННОСТЬ ПОЧВ И ВОДОСБЕРЕЖЕНИЕ
Аннотация. В статье рассмотрено взаимодействие водного потока и почвенного слоя, в результате которого наблюдается смыв почвы. Во избежание этого явления и, следовательно, в целях сбережения водных ресурсов, по мнению авторов, необходимо изучить донную скорость потока и водно-физические свойства почв. В статье также приводятся: значение донных скоростей на границе подвижки мелкозема по сечению борозды и нормативные нагрузки воздействия потока воды на сечение борозды и соответствующей ей нормативный смыв почвы на уклонах 0,01-0,1 (для предгорной зоны Кашкадарьинской области).
Ключевые слова: смыв почвы, донная скорость, силы сцепления, эрозия, нанос.
R. Hujakulov, Karshi Engineering-Economic Institute, Karshi, Uzbekistan
S.S. Eshev, Karshi Engineering-Economic Institute, Karshi, Uzbekistan
U.R. Hujakulov, Karshi Engineering-Economic Institute, Karshi, Uzbekistan
SOIL ERODIBILITY AND WATER SAVING
Abstract. The article is devoted to interaction of water flow and soil layer, in the result of which is observed washing off the soil. To avoid of this phenomenon and with the purpose of saving water resources, on the author's opinion, it is necessary to learn the velocity of flow and water - physical properties of soil. It is brought the meaning of these velocities on the boundary of motion of small soil in the section of furrow and normal loading of influence water flow on the furrow section and suitable to its standard water washing off on the slopes 0,01-0,1 (for mountain - nous zone of Kashkadarya region).
Keywords: soil erosion, bottom speed, soil particles, erosion, applied.
Практика показывает, что смыв почвы объясняется взаимодействием потока и почвенного слоя на границе их контакта, следовательно, необходимо изучить донную скорость потока и водно-физические свойства почв. Воспользуемся для этого трансформированной зависимостью донной скорости через физико-технические свойства почв, принятую в окончательном виде (1) (Камбаров, 1994).
^ P
„ ■-■- g х m х m2
Kpw = 1,55 х *-х
v ух n
1 -100
Xdw х(уnC -у0)х(1 -tga) +1,25хKхlхCw, (1)
где т1 - характеризует воздействие корневых систем в образце (пропашные, покровные культуры) почвы диаметром менее 1 мм, колеблется от 1 до 20;
т2 - зависит от содержания наносов в воде, от 0,95 до 1,4; 1п.с.Уо - удельные массы почвы и жидкой фазы, т/м ;
n1 — турбулентность потока, выраженная через 2,3; dw - диаметр водопрочных агрегатов, мм; Р - порозность почвенных агрегатов, %;
К - коэффициент однородности почвенных частиц для определения силы сцепления почвенных частиц;
l - коэффициент зависимости силы сцепления почвенных частиц от массы почвы 0,002-0,04;
a - угол наклона борозды, tga - угол, (l-i) - имеет значение коэффициента влияния
уклона;
Cw - нормативно усталостная прочность сил сцепления почвенных частиц на приборе. Для почв предгорья они приведены от влажности почв в таблице 1.
Cw = A х
H х Vn_Vl_
Hp + А'х H
H = AH х Wан,
(2)
где С„ - сила сцепления почвенных частиц, т/м ;
Нр - глубина размыва на дне борозды, м; - живое сечение, м ;
Ан,ан - соответственно, для легких суглинков - 1,82 и 0,6;
АсБ ас - соответственно, 0,66 и 1,25; 0,07 и 1,3; 0,076 и 1,45;
А - 2,2; 2,0 и 1,6 (легкие, средние, тяжелые суглинки);
ППВ - предельно-полевая влагоемкость почвы.
При отсутствии данных по силам сцепления почвенных частиц, их значение можно получить по обобщенной взаимосвязи с использованием замеров донной и поверхностной скоростей, глубины воды в борозде и глубины размыва на дне борозды, установленную путем микронивелировки, согласно зависимости (2).
Таблица 1 - Значение донных скоростей на границе подвижки мелкозема по сечению борозды (начало смыва почвы) в диапазоне уклонов 0,01-0,1 в модельном лотке (для предгорной зоны Кашкадарьи)
Обозначение почвенных образцов Районы Почвенные условия Донные скорости, м/с
1 Шахрисябз Целинный темный серозем, тяжелосуглинистый 0,0385-0,0384
2 Китаб Орошаемый 25 лет темный серозем, средне-суглинистый 0,0288-0,0286
3 Мираки Новоорошаемый типичный серозем в зоне темных сероземов, среднесуглинистый 0,0279-0,0277
4 Мираки Богарный типичный серозем, тяжелосуглинистый 0,0275-0,0273
5 Яккабаг Новоорошаемый типичный серозем, средне-суглинистый 0,0267-0,0265
6 Яккабаг Целинный типичный серозем, среднесуглинистый 0,0260-0,0259
7 Камаши Новоорошаемый типичный серозем, средне-суглинистый 0,0265-0,0262
8 Яккабаг Староорошаемый типичный серозем, средне-суглинистый 0,0257-0,0255
9 Камаши Богарный типичный серозем, среднесуглини-стый 0,0222-0,0220
10 Чиракчи Новоорошаемый типичный серозем, среднесугли-нистый, сильно эродированный 0,0173-0,0172
11 Яккабаг Типичный серозем, среднесуглинистый, после планировки земель 0,0184-0,0182
12 Касан Новоорошаемый светлый серозем, супесчаный на галечнике 0,0231-0,0228
13 Касан Орошаемый 3-1 год, светлый серозем, легкосуглинистый 0,0181-0,0179
14 Касан Орошаемый 5 лет светлый серозем, легкосуглинистый 0,0251-0,0249
15 Мубарек Орошаемые 20 лет, серобурые, каменистые 0,0219-0,0214
16 Нишан Новоорошаемые, серо-буро-сероземные, загипсованные, легкосуглинистые 0,0279-0,00271
17 Дехкана-бад Новоорошаемый светлый серозем, легкосуглинистый 0,0149-0,0147
18 Мубарак Новоорошаемые, серо-бурые, среднесуглини-стые 0,0454-0,0452
Переход от донных к средним и поверхностным скоростям осуществляется через зависимости (3)
( а У¥.УпМд_ 0,7 dw )'
= А.
V
V
= |Упс I , (3)
Уор У R
где R - гидравлический радиус, м; расход в л/с.
Величина для диаметра водопрочных агрегатов; для легких суглинков 0,06...0,091 мм -0,026...0,82; для супеси - от 0,07 до 0,82; для средних суглинков при диаметре - 0,04.0,058 мм от 0,058 до 0,17; для тяжелых суглинков при 0,022.0,039 мм от 0,041 до 0,058. Значения Ач и ач даны в таблице 2.
В эрозионном лотке установлены зависимости живого сечения, смоченного периметра, гидравлического радиуса от расхода и уклона борозды (4):
аВ а01 w а
М = ВV; 5 = С -У—; R = —; Уор = , (4)
/ 2 /'°2 5 W
2
где М- живое сечение, м ;
5 - смоченный периметр, м;
R - гидравлический радиус, м;
Уср - средняя скорость воды, м/с.
Предварительно можно вычислить давление потока воды на 1 п.м. длины борозды в секунду при различных скоростях потока и расхода воды.
1 X 0,5
Я хА,
Допустимые нагрузки для легкосуглинистых почв, как давление на борозду в секунду, -0,024-0,041 кг/мс, а при содержании гипса выше 50%, повышается за счет сцепления почвенных частиц, - 0,044-0,08; для среднесуглинистых - 0,11-0,26; для тяжелосуглинистых почв в горных условиях (Китабский район) - 0,18-0,33 кг/мс. В этом значении стойкость почвы после планировки снижает допустимую нормативную нагрузку в 1,2 раза, на легкосуглинистых и в 1,1 раза на среднесуглинистых почвах. Величины нормативной нагрузки ориентируют на предельное состояние почв (табл. 2), выше которых начинается общий процесс подвижки мелкозема, т.е. смыв почвы, сигнализирующий о начале развития эрозии. Темные сероземы имеют
Ро = ХхIхуп.0. хУд х[^ту! X/. (5)
более высокие нагрузки и самую наименьшую сопротивляемость имеют серо-буро-каменистые почвы. По механическому составу более устойчивы тяжелосуглинистые и самые наименее устойчивые легкосуглинистые после планировки земель.
В таблице 2 приведены обобщенные показатели этих нагрузок и нормативные величины смыва почв по данным исследований на юге Узбекистана, которые в дальнейшем используются при планировании элементов техники полива на староорошаемых (реконструированных) и новоорошаемых землях.
Таблица 2 - Нормативная нагрузка воздействия потока воды на сечение борозды соответствующей ей нормативный смыв почвы на уклонах 0,01-0,1 по условиям допустимости их влияния на плодородие почв склоновых земель
Ос- Допусти-
военность зе- Районы Тип почвы и районы их распространения Расходы на границе смыва почв, л/с Допустимая нагрузка, кг/м с мый смыв почв, т/га
мель год
I Шахрисабз Темные сероземы 0,31/0,054 0,182/0,330 до 5
о т а) О "п Яккабаг Типичные сероземы 0,094/0,014 0,112/0,205 до 3
° £ о х Касан Светлые сероземы 0,093/0,010 0,024/0,041 До 2
о X Нишан Серо-буро-сероземные 0,128/0,013 0,044/0,080 до 1,5
<и л Шахрисабз Темные сероземы 0,23/0,04 0,14/0,41 до 6,5
5 О) Яккабаг Типичные сероземы 0,06/0,011 0,029/0,050 до 4,5
3 о Киракчи Светлые сероземы 0,073/0,013 0,056/0,100 до 3
О Нишан Серо-буро-сероземные 0,075/0,007 0,034/0,062 до 1,5
Примечание: числитель - для уклона 0,01; знаменатель - для 0,1
Таблица 3 - Значение параметров Ач и ач
Объекты орошения Механический состав Ач ач
Новоосвоенные Легкие суглинки Средние суглинки Тяжелые суглинки 0,43 0,31 0,027 0,052 0,082 0,112
Орошаемые Легкие суглинки Средние суглинки Тяжелые суглинки 0,42 0,30 0,24 0,051 0,079 0,108
Орошаемые, каменистые Легкие суглинки Средние суглинки Тяжелые суглинки 0,23 0,24 0,25 0,049 0,048 0,047
Оструктуренные с полимером Легкие суглинки Средние суглинки Тяжелые суглинки 0,67 0,68 0,69 0,046 0,044 0,042
п = А1п • Аа + А11 • ^, (6)
где а1 и а2 - средневзвешенный диаметр по мехсоставу и микроагрегатному составу почвы, мм. Коэффициент Шези определяется по Павловскому для случая Я<0,1 м (6)
1
С = - Я17п. (7)
п
Определение значения коэффициентов Д Д1, Д2, С, С1, С2 в зависимости (8) даны в виде таблицы 4.
_ аР, ас, „ V
V = В; с = с; Я = -; ^ = я/V. (8)
'Д2 1С2 С
Таблица 4 - Значение коэффициентов в зависимости (8)
Мехсостав почвы Д Д Д2 С С1 С2
Легкие суглинки 0,0020 0,0022 0,4 0,3 0,2 0,15 0,08 0,09 0,18 0,14 0,09 0,08
Средние 0,0021 0,6 03 0,04 0,20 0,10
суглинки 0,0024 0,45 0,23 0,05 0,15 0,075
Тяжелые 0,0023 0,7 0,35 0,03 0,22 0,11
суглинки 0,0026 0,6 0,30 0,03 0,17 0,085
Методически при выборе расхода в борозду при поливе мутной водой и при отсутствии смыва почв, устанавливая расходы на границе подвижки мелкозема, кольматация почв наносами осуществляется определением длины пути кольматации по борозде с помощью наблюдений на поле.
р = Арх
1-1 /Х
йт*
х(УсрхЯхI)Д х| УХ^Х' -1|, (9)
где р- объем кольматирующих наносов, т/м3 га; /х - длина пути кольматажа, м; М- норма полива, нетто, м /га;
ах - степень влияния длины склона на общее перемещение потока, насыщенного наносами;
в и й - параметры, определяемые из графика добега струи; Он - гидравлическая крупность наносов;
О + О
Ок - средневзвешенная по Н.А. Гостунскому--н-- ;
3
остальные гидравлические обозначения в зависимости известны. Значения в и й даны в виде таблицы 5.
Таблица 5 - Параметры для определения в и й к зависимости добегания струи и определения длины пути кольматажа
Почва А и в Ай а1 а2
Темные сероземы, 0,431 1,29 0,178 0,235
тяжелосуглинистые 0,183 0,262 0,058 0,076
Типичные сероземы, 0,197 7,40 0,136 0,159
среднесуглинистые 0,332 3,25 0,101 0,061
Светлые сероземы, 0,359 17,71 0,064 0,470
легкосуглинистые 0,620 12,48 0,301 0,034
Серо-буро-каменистые, 0,258 1,58 0,156 0,030
среднесуглинистые 0,162 27,25 0,134 0,318
Серо-буро сероземные 0,022 126,7 0,559 ви й
загипсованные, легкосуглинистые 0,103 74,9 0,133 0,252
Примечание: числитель - структурные почвы (после люцерны); знаменатель - малоструктурные почвы.
При расчете длины пути кольматации наносов по борозде коэффициент Ар - среднее значении, соответственно, принимается для ранее перечисленных типов в таблице 6 - 1,20; 1,42; 0,38; 1,11. На орошаемую площадь этих почв поступают наносы гидравлической крупности, соответственно: 10-4 5,2; 10-4 6,5; 10-44 9,8; 10-4 7,6; 10-4 8,9. Длина пути кольматации при
расходах на границе подвижки мелкозема гораздо меньше, чем длина борозды, поэтому это мероприятие на всю удлиненную часть борозды лучше проводить на поливах севооборотных культур в дополнение к повышению плодородия почв за счет этих культур.
Таблица 6 - Гидравлическая характеристика бороздовой струи при кольматировании наносов на почвах, оструктуренных севооборотами
! 0, л/с И/, х? м Я, м V, м/с ах Р' О в Р, т/га Р, т/г а Ар, м м
Темные серозенуы
0,10 0,07 0,04 0,13 0,18 0,28 0,00199 0,00232 0,00287 0,0285 0,0284 0,0310 0,0751 0,0817 0,0925 0,085 0,077 0,097 0,95 0,5 0,80 0,86 0,96 0,65 0,69 0,77 10"*-5,2 1,12 51 20; 46; 60*) 39; 61; 60 59;99;132 124;235;34 4
0,01 0,95 0,00511 0,0411 0,1240 0,0186 1,27 0,98
Типичные серозеи/ы
0,10 0,10 0,00145 0,0420 0,0345 0,069 0,074 0,079 1,13 0,57 32; 47; 60
0,07 0,04 0,13 0,19 0,00178 0,00238 0,0450 0,0490 0,0391 0,0479 0,80 0,5 1,35 1,68 0,58 0,61 10"*-6,5 3,34 805 39; 59; 75 55;86;109
0,01 0,51 0,00512 0,0840 0,0800 2,65 0,67 80; 127; 168
Светлые сероземы
0,10 0,07 0,00105 0,0232 0,0452 0,067 2,79 0,52 48; 70; 80
0,07 0,10 0,00145 0,0254 0,0571 0,069 0,77 0,5 3,43 0,53 10"*-Э,4 4,52 316 56;29;110
0,04 0,15 0,00210 0,0282 0,0744 0,071 4,30 0,54 59;64;104
0,01 0,48 0,00522 0,0385 0,1430 0,092 8,50 0,58 29; 43; 55
Серо-бурые сероземы
0,10 0,07 0,00105 0,0232 0,0452 0,067 0,75 0,5 13,0 0,10 10"*-7,6 2,70 116 37; 41; 45
0,07 0,10 0,00145 0,0254 0,0571 0,069 15,5 0,21 9 52; 60; 65
Примечание: *) - 1-ая цифра длина пути кольматажа, - 2-ая цифра - длина борозды, - 3-ая цифра добег струи за пределами длины борозды
Таким образом, можно сделать вывод о том, что смыв почвы наблюдается в результате взаимодействия водного потока и почвенного слоя. Во избежание этого явления, и, следовательно, в целях сбережения водных ресурсов, по мнению авторов, необходимо изучить донную скорость потока и водно-физические свойства почв. Кроме того, в данной работе приводятся значение донных скоростей на границе подвижки мелкозема по сечению борозды и нормативные нагрузки воздействия потока воды на сечение борозды и соответствующей ей нормативный смыв почвы на уклонах 0,01-0,1 (для предгорной зоны Кашкадарьинской области).
Список литературы:
1. Отчёт о НИР №К-02-22 на тему «Разработка современной технологии экономного и эффективного использования воды при орошении земель в условиях маловодья Кашкадарьи» (заключительный). Карши, 2003. 187 с.
