Михайлин Андрей Андреевич, кандидат техн. наук, доцент
ул. Просвещения, д. 132, г. Новочеркасск, Ростовская обл., 346428
Andrey A. Mikhaylin, PhD in Engineering, associate professor
132, Prosveshcheniya str., Novocherkassk, Rostov Region, 346428
Недостаточная изученность динамики влагопереноса как в почве, разрыхленной рабочими органами орудия, так и в зоне необрабатываемой внутрипочвенной стенки в условиях меняющегося к влагодефицитному типу климата юга России, вызвала необходимость разработки математической модели внутрипочвенного влагопереноса. Отличительной особенностью этой модели является исследование влагопереноса в зоне обработанного новым мелиоративным способом верхнего слоя почвы глубиной 0,60 м разработанным универсальным почвообрабатывающим орудием для обработки склоновых и равнинных земель. Для исследования процесса увлажнения в обработанном новым способом пласта почвы на склоне были приняты следующие допущения: скелет грунта геометрически неизменяем; в рассматриваемой системе исключается гистерезис; влага внутри почвы не сжимается; давление воздуха внутри обработанного почвенного горизонта равно с атмосферным; капиллярные и гравитационные явления являются основной причиной движения влаги внутри обработанного пласта; внутрипочвенный влагоперенос относим к изотермическим процессам, используется декартова система координат, при этом ось z направлена вертикально вверх. Данные допущения позволяют рассматривать в модели движения внутрипочвенной влаги только динамику капиллярных сил и сорбции, происходящих из-за увлажнения почвы. В результате предложена математическая модель внутрипочвенного влагопереноса на базе уравнения Навье-Стокса для движения воды в пористой среде. Это позволяет определять основные параметры динамики влагопереноса в рассматриваемом слое: коэффициенты диффузивности, влагопроводности и капиллярно-сорбционного потенциала. Разработана компьютерная программа для решения краевой задачи динамики – внутрипочвенного влагопереноса на склоне с учётом неоднородных структур, полученных при обработке почвы новым способом.
Insufficient study of the dynamics of moisture movement both in the soil loosened by the tillage tool and in the zone of uncultivated subsoil wall in the conditions of moisture deficient south of Russia necessitated for development of a mathematical model of subsoil moisture transfer. A distinctive feature of this model is the study of moisture transfer in the zone of the upper soil layer of 0.60 m by the developed universal tillage tool for cultivating of sloping and plain lands. To study the moistening process in the slope soil layer treated by the new method, the following assumptions were made: the soil skeleton was geometrically unchanged; hysteresis was excluded in the system under consideration; the moisture inside the soil was not compressed; the air pressure inside the treated soil horizon was equal to the atmospheric pressure; capillary and gravitational phenomena were the main causes of moisture movement inside the treated layer; subsoil moisture transfer was related to isothermal processes; the Cartesian coordinate system was used, and the z-axis was directed vertically upwards. These assumptions made it possible to consider in the model of subsoil moisture movement only the dynamics of capillary forces and sorption occurring due to soil moistening. As the result, a mathematical model of subsoil moisture transfer was proposed on the basis of the Navier-Stokes equation for water movement in a porous medium. This let to determine the main parameters of the moisture transfer dynamics in the layer under consideration: the coefficients of diffusivity, moisture conductivity and capillary absorption capacity. At the same time, a computer program was developed to solve the boundary value problem of dynamics – subsoil moisture transfer on a slope, taking into account the heterogeneous structures obtained during soil treatment using a new method.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.