Построение модели движения внутрипочвенной влаги в склоновых обрабатываемых землях

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.

1. Максимов В. П., Михайлин А. А. Создание универсального орудия для мелиоративной обработки равнин и склонов на основе концептуального конструирования. Аграрный научный журнал. 2024;(3):110–117. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2024i3pp110-117 EDN: CIEJUU

2. Максимов В. П., Михайлин А. А. Анализ функциональных требований к системе мелиоративной обработки склоновых и равнинных земель. Аграрный научный журнал. 2024;(7):117–124. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2024i7pp117-124 EDN: MGISPQ

3. Щедрин В. Н., Масный Р. С., Манжина С. А., Куприянова С. В. Стратегический подход к развитию мелиорации в условиях меняющегося климата. Мелиорация и водное хозяйство. 2022;(2):11–17. DOI: https://doi.org/10.32962/0235-2524-2022-2-11-18 EDN: KVGWSI

4. Пындак В. И., Новиков А. Е. Обоснование рабочих органов для глубокого рыхления почвы при возделывании широкорядных пропашных культур в условиях орошения. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2012;(2):161–165. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17773645 EDN: NMBFJO

5. Полуэктов Е. В., Сухомлинова Н. Б. Анализ эффективности почвозащитных приемов и мероприятий по их стокорегулирующей способности. Мелиорация и гидротехника. 2022;12(1):99–118. DOI: https://doi.org/10.31774/2712-9357-2022-12-1-99-118 EDN: BSVHQT

6. Михайлин А. А. Универсальный глубокорыхлитель навесной чизельный: пат. № 2694571 Российская Федерация. № 201714056: заявл. 21.11.2017; опубл. 21.05.2019. Бюл. № 15. 5 с. Режим доступа: https://fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet

7. Михайлин А. А. Способ обработки склоновых почв: пат. № 2255450 Российская Федерация. № 2002108073/12: заявл. 29.03.2002; опубл. 10.07.2005. Бюл. №19. 5 с. Режим доступа: https://fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet

8. Михайлин А. А. Постановка математической модели устойчивости обработанного пласта почвы на склоне. Природообустройство. 2009;(2):92–94. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12924471 EDN: KWVMKJ

9. Михайлин А. А. Анализ устойчивости обрабатываемых влагонасыщенных склоновых почв. Инженерный вестник Дона. 2012;(4-1(22)):38. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18640036 EDN: PRXKEP

10. Кучмент Л. С. Модели процессов формирования речного стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.

11. Вабищевич П. Н., Данияров А. О. Математическое моделирование промачивания зоны аэрации в условиях близкого залегания грунтовых вод. Математическое моделирование. 1994;6(11):11–23. Режим доступа: https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=1925&option_lang=rus

12. Вабищевич П. Н., Данияров А. О., Пулатов П. А. Численное моделирование увлажнения грунта. Математическое моделирование. 1991;3(6):3–9. Режим доступа: https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=2234&option_lang=rus

13. Рекс Л. М., Якиревич А. М., Файбишенко Б. А. Моделирование процесса формирования водносолевого режима орошаемых почв. Мелиорация и водное хозяйство. 1990;(6):16–19.

14. Ахмедов А. Д. Аналитический подход к определению некоторых водно-физических характеристик почвогрунтов. Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов: мат-лы международ. научн.-практ. конф. М.: Московский государственный университет природообустройства, 2008. Ч. 1. С. 21–27.

15. Боровой Е. П., Ветренко Е. А. Аналитический подход к определению параметров контура увлажнения почвы на основе решения уравнения влагопереноса. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2009;(4(16)):52–57. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12982653 EDN: KYCPCB

16. Бузало Н. С., Захарченко Н. С. Математическое моделирование динамики влагопереноса в обрабатываемом слое почвы. Новая наука: от идеи к результату. 2017;(3-2):185–187. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28826469 EDN: YGVBBL

17. Guo Y., Wang Q., Liu Ya., Zhang J., Wei K. Water and salt transport characteristics in a soil column in the presence of a low-permeable body. Canadian Journal of Soil Science. 2022;102(4):991–999. DOI: https://doi.org/10.1139/cjss-2022-0061.