Способ прогнозирования стока талых вод

 

Изобретение может быть использовано при разработке мер по регулированию стока, защите почв от эрозии, подготовке к паводку различных гидротехнических сооружений, при определе . НИИ-ресурсов и перспектив использования местного стока. Цель изобретенияповышение точности прогнозирования стока талых вод. Прогноз осуществляют на основании коэффициентов, вычисленных путем измерения за 1-Т,5 мес до начала снеготаяния, влагозапасов в снеге, глубины промерзания и влажности почвы на глубину промерзания почвы отбором проб с интервалом 3-10 см . При этом вьщеляют запирающий мерзлый слой с влажностью 19-25% на его нижней границе и находят среднюю влажность запирающего мерзлого слоя, а . сток прогнозируют по величине коэффициентов стока, вычисленных по уравнению: Кр|,(а.х -H-b-x-c-H+ot) (1 + +0,000005Р ос ) . где - прогнозируемый коэффициент стока; х - средняя влажность почвы в запирающем слое, %; Н - толщина запирающего мерзлого слоя, см; P(jg - влагозапасы в снеге и ледя- Щ ной корке, мм; а,Ь,с,вб,п -коэффици- . енты, которые принимают значения в зау// висимости от типа и уплотненности почв: для зяби черноземных и каштановых почв ,000185; ,0025; ,025; ,03; п - 1,25; дпя зяби и уплотненной пашни серых лесных и дерново-подзолистых почв, уплотненной пашни черноземных и каштановых почв ,000398; ,0039; с- 0101;oi 0,075; п 1,10. 2 ил., 2 табл.

C0t03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цр 4 А 01 В 13/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

4ь

Ю

4Р сО

«Р»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4099159(30-15 (22) 26.05.8б (46) 07. 12.88. Бюп. Р 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии (72) Г.П.Сурмач, И.М.Ломакин и Л.П.Нестакова (53) 634.0.116.6(088.8) (56) Сурмач Г.П. Прогнозирование стока талых вод с черноземных и каштановых почв. — Вестник сельскохозяйственной науки, 1969, У 12, с. 53-56. (54) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОКА ТАЛИХ ВОД (57) Изобретение может быть использовано при разработке мер по регулированию стока, защите почв от эрозии, подготовке к паводку различных гидротехнических сооружений; при определении.ресурсов и перспектив использова" ния местного стока. Цель изобретенияПовышение точности прогнозирования стока талых вод. Прогноз осуществляют на основании коэффициентов, вычисленных путем измерения эа 1-1,5 мес до

„„SU„. 1442094 А 1 начала снеготаяния, влагозапасов в снеге, глубины промерзания н влажности почвы на глубину промерзания почвы отбором проб с интервалом 3-10 см, При этом выделяют запирающий мерзлый слой с влажностью 19-257 на его нижней границе и находят среднюю влажность запирающего мерзлого слоя, а сток прогнозируют по величине коэффициентов стока, вычисленных по уравнению: К„ =(а х" Н-Ь х-с Н+ф ) (1+

+0,000005Р-"„ ), где К„р - прогноэируемый коэффициент стока; х - средняя влажность почвы в запирающем слое, 7;

Н вЂ” толщина запирающего мерзлого слоя, см; Р, - влагоэапасы в снеге иледяной корке, мм; а,Ь, с,<,n -коэффициенты которые принимают значения в saвисимости от типа и уплотненности почв: для зяби черноземных и каштановых почв а=0,000185; b=0,0025; с 0,025;

С=0,03; n - 1,25; для зяби и уплотненной пашни серых лесных и дерново-подзолистых почв, уплотненной пашни черноземных и каштановых почв а 0,000398;

b=0,0039;. с — 0101; о = 0,075; n = 1, 10.

2 ил., 2 табл.

1442094

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при разработке,мер по регулированию . стока, защите почв,от эрозии лодгоt

3 товке к паводку различных гидротехнических сооружений, определения ресурсов и перспектив использования местного стока.

Цель изобретения — повышение точ- 10 ности прогнозирования стока талых вод.

На фиг. 1 представлен график зависимости коэффициентов стока с зяби на суглинистых, тяжелосуглинистых и легкосуглинистых почвах от влажности в запирающем слое почвы; на фиг. 2 — график зависимости коэффициентов стока для зяби и уплотненной пашни на серых лесных и дерново-под- 20 золистых почвах и уплотненной пашни на черноземных и каштановых почвах от влажности в запирающем слое.

По предлагаемому способу за

1,5 мес до начала снеготаяния измеря- 25 ют влагозапасы в снегу, глубину промерэания, влажность почвы в мерзлом запирающем слое с влажностью 19-25Х

На его нижней границе и находя среднюю влажность в этом запирающем слое. 30

При этом сток прогнозируют по величи- не коэффициентов стока, вычисленных по уравнению (ax" И-bx-сН+ Ь) (1+

055P îå), 3S средняя влажность почвы в запирающем слое, толщина (высота) запирающего мерзлого слоя, см; влагозапасы в снеге и ледя- 40 ной корке, мм, К„

+0,0000 где х—

Рос а,Ь,с, L n коэффициенты, значения кото-.. рых в зависимости от типа и уплотненности почв приведены в табл.

Величины влажности и толщины мерз. лого запирающего слоя, измеренные за, 1...1,5 мес до начала стока, являют50 ся определяющими при прогнозировании стока наряду с влагозапасами в твер" дых осадках (снеге, ледяной корке).

При этом срок 1...1,5 мес до начала снеготаяния определяет параметры запирающего слоя по глубине и влажности с учетом возможных оттепелей.

К уплотненной пашне относятся угодья с посевами озимых, многолетних трав, невспаханные угодья (стерня); к ним приравниваются вагоны и пастбища.

Значения коэффициентов при переменных величинах получены на основаI нии обобщения и обработки экспериментальных данных по стоку с различных угодий с учетам глубины и влажности мерзлого запирающего слоя. Пределы влажности на нижней границе за-:. пирающего слоя 19-25Х связаны с тем, что отражают собою наименьшую влагоемкость почвы, которая в связи с изменением мехсостава почв от средне- суглинистых до легкосуглинистых варьирует в укаэанных пределах. интенсивность поверхностного талого стока связана с рядом природных и антропогенных Факторов. K ним относятся изменяющиеся в зональном разрезе гидрометеорологические (осадки и степень осенне-зимнего увлажнения почвы, глубина ее промерзания, влагозапасы в снеге к началу весеннего снеготаяния, интенсивность снеготаяния и др.), почвенные условия и агро.— технические факторы (зябь, уплотнен-! ная пашня, а также выгонные угодья) .

Как известно, на зяби формируется значительно меньший сток, особенно в условиях черноземных и каштановых почв, чем на уплотненной пашне, выгонах и пастбищах. На этих последних практически такой .ке, как на озимых и многолетних травах.

Гидрометеорологические факторы определяют глубину промерзания почвы и накопление в ней влаги в виде льда.

Чем больше почва насыщается влагой и чем сильнее закупориваются льдом водопроводящие поры, образуя слабоводопроницаемый запирающий слой, тем сильнее сток талых вод. Под запирающим понимается слой почвы, в порах которого содержится замерзшая влага, вследствие чего в той или иной степени тормозится просачивание талой воды вглубь. Запирающий слой в разные годы распространяется по поверхности на различную глубину, иногда до 80-100 см. его нюкняя граница по влажности характеризуется условно уровнем наименьшей влагоемкости (HI3).

Для тяжелосуглинистых и глинистых черноземных и каштановых почв (на лесовых породах) это составляет око- ло 257., для средне- и твъелосуглинистых серых лесных почв — около 19-22Х.

1442094

Влажность мерзлой почвы определяют у поверхности (0-3 см) и далее с интервалами 10 см, до нижней границы запирающего слоя, а среднюю влажность рассчитывают как среднее из всех определений.

Прогноз стока дает достоверные и точные показатели при влагоэапасах в снеге 80...120 мм. При величине влагозапасов (80 мм или )120 мм найденное значение коэффициента стока следует умножить на коэффициент влагозапасов, соответственно равный

80 120 — — или †вЂ, где Ро — фактические влаРос Pîå гозапасы в снеге и ледяной корке (с осадками весны).

Способ осуществляют следующим образом.

Для проведения работ по прогнозированию стока выбирают пункты, где имеются метеостанции (метеопосты).

В пределах административной области достаточно иметь пять таких пунктов: по одному в северной, восточной, западной, южной и центральной частях.

В каждом пункте определения проводят на различных почвах (черноземных, серых лесных и др.), на склонах север" ной, южной, восточной и западной экспозиции, отдельно для зяби и уп.лотненной пашни, при этом на каждом склоне обрабатывают по три точки: в верхней приводораздельной, средней и нижней частях склона. Образцы для определения влажности и глубины промерзания почвы берут в 3-кратной повторности.

Прогнозное предварительное вычисление стока проводится за 1...1.5 мес до начала весеннего снеготаяния.

В намеченных пунктах на массивах зяби и уплотненной пашни (склоны разной экспозиции) определяют влажность мерзлой почвы на глубину, превышающую на 15-20 см глубину промерзания, выявляют мощность запирающего слоя с влажностью 19-25 . на его нижней границе и вычисляют среднюю влажность в этом слое ° Одновременно проводят снегомерзлую съемку, замеряют плотность снега и определяют известным способом запасы снеговой воды.

К этим запасам прибавляют среднемно:голетнюю величину осадков за время от момента составления прогноза до среднемноголетней даты окончания стока (по данным метеослужбы).

55 март (47 мм).

Вычисляют коэффициенты и величины (слои) стока с зяби и уплотненной пашни для склонов разной экспозиции и средневзвешенные величины стока для заданного пункта с учетом площадей различных угодий, снегоэапасов на них.

Составляют прогноз стока вышеописанным способом (с использованием математических .зависимостей формулы изобретения).

Если в дальнейшем установится сильная оттепель, обусловливающая частичное стаивание снежного покрова, то после-:этого производят корректировку глубины запирающего слоя, влажности почвы и влагоэапасов в снеге повторным определением их (в уменьшенном в 2 — 2, 5 раза объеме) и уточняют прогноз стока.

При предвычислении стока с выгонов и пастбищ используют коэффициент стока, найденный для уплотненной пашни.

Сток из леса зачастую отсутствует или бывает небольшой по сравнению с другими сельскохозяйственными угодиями, причем он может варьировать в широких пределах, в зависимости от состояния и хозяйственного использования леса. Имеющиеся экспериментальные данные позволяют принять, что ,сток из леса в среднем составляет одну четвертую часть стока с уплотненной пашни.

Пример. Требуется дать прогноз талого стока для северной части

Курской области (с выщелоченными тя желосуглинйстыми черноземами), входящей в зону обслуживания метеостанции "Фатеж". Для этих целей подбирают склоны северной, южной, восточной и западной экспозиции с .зяблевой пахатой и такие же склоны с уплотненной пашней (озимые, многолетние травы) .

В середине февраля проводят снегомерную съемку с замерами плотности снега с охватом выбранных склонов.

В ходе расчетов к найденным запасам снеговой воды (и к содержащейся в ледяной корке) прибавляют среднегодовую сумму осадков"за половину февраля и

На выбранных склонах в их верхней, средней и нижней частях определяют в

3-кратной повторности глубину промерзания и влажность почвы путем буре2094 6 повьппения точности прогнозирования, влажность почвы определяют за 1...

1,5 мес до начала снеготаяния на глубину промерзания почвы отбором проб

5 с интервалом 3...10 см, выделяют запирающий мерзлый слой с влажностью

19...25% на его нижней границе, находят среднюю влажность запирающего мерзлого слоя и сток прогнозируют по величине коэффициентов стока, вычисленных по уравнению

К =(ах"Н-Ьх-cH+L) (1 + п

+О, 0000O55P - ), где К вЂ” прогнозируемый коэффициент пр стока; х — средняя влажность почвы в запирающем слое,Х;

Н вЂ” толщина запирающего мерзло20 го слоя,,см;

P — влагозапасы в снеге и ледяной корке, мм;

5 144 ния и обора образцов с поверхности (0-3 см) и далее через каждые 10 см.

Результаты полевых определений и замеров сведены в табл. 2.

Находят коэффициенты стока для зяби и уплотненной пашни или по приведенному уравнению, снимают их с графиков. Для случаев, где мощность запирающего слоя выражается неполными десятками сантиметров (например, 65 см), коэффициент стока берется как среднее из двух смежных определений, при которых толщина указанного слоя выражена целыми десятками (в данном случае 60 и 70 см).

Определяют прогнозируемый слоИ стока со склонов разной экспозиции для зяби 4 и уплотненной пашни 5; вычисляют средние его величины для данного пункта.

Находят средневзвешенный слой стока для всей водосборной площади. При таком распределении сельскохозяйственных угодий, когда под пашней находится 80% площади, сенокосами и выгонами занято 15,5Х и лесом 4,5Х и такой структуре посевных площадей, при которой зябь в среднем занимает в севообороте 67%, уплотненная пашня 33%, .З0 а относительно всей площади землепользования соответственно 53,6% и

26,4Х, средний слой прогнозируемого стока с пашни равняется 75,3 мм, а со всех, сельскохозяйственных угодий—

78,8 мм.

Площадь бессточных участков (заболоченные части долин, всевозможные а,Ь,с, L,n

Таблица1

Коэффициент

Зяб черноземных и

Зябь и уплотненная пашня серых лесных, дерново-подзолис-: тых почв и уплотненная пашня черноземных и каштанокаштановых почв вых почв

0,000185 0,000398

Формула изобретения

О, 0025

О, 0125

О, 0039

О, 0101

О, 075

1, 10

0,03.1, 25 депрессии и блюдца на плоских водо разделах и др.) может составлять

2,5%. В связи с этим в расчете на всю площадь слой стока составляет

76,8 мм..

Точность по способу прогнозирования стока талых вод Гидрометеослужбой, основанный на балансовых расчетах, не превьппает 30-?OX, в то время как предлагаемый способ обеспечивает точность прогноза в пределах 80-95%.

Способ прогнозирования стока талых вод, включающий измерение влагозапасов в снеге, ледяной корке, влажности и глубины промерзайия почвы и учет прогнозируемых осадков, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью — коэффициенты, которые в зависимости от типа и уплотненности почв, принимают для зяби черноземных и каштановых почв a=0,000185;

Ъ=0,0025, c=0,0125, L 0,03, п=1,25, а для зяби и уплотненной пашни серых лесных и дерево-подзолистых почв, уплотненной пашни черноземных и каштановых почв а=

=0,000398, b=.0,0039, c=.0, 0101, L=O, 075, п=1, 10.!

442094

Т а б л и ц а 2

ПоказатеЛи

Зябь

Запас воды в снеге + норма осадков за половину февралямарт Р,, мм 100+47 75+47 80+47 90+47

147 122 127 137

Мощность запирающего слоя

Н1

60

Средняя влажность почвы в запирающем слое х, Я

45

0,46

0 50 0 38 0 41

Приведенный коэффициент стока K„„

0,44

0,46 0,40 0,42

Прогнозируемый слой стока

У, мм

57,5

60,3

Запас воды в снеге + норма осадков за половину февраля— март Р, мм 102+47= 75+47= 90+47 95+47

149 =122 = 137 142

Мощность запирающего слоя

Н, см

60

Средняя влажность почвы в запирающем слое x„X

43

092 0у76 0>84

0,84

О, 83 0,.81 О, 81

0,79

Прогнозируемый слой стока

123 7 98,8 111,0 112,2

111,4

Прогнозируемый коэффициент стока К„

Прогнозируемый коэффициент стока К„

Приведенный коэффициент

CTOKB К„ „

Экспозиция склона

1 1 I северная южная восточная западная 67,6 48,8 53,3

Уплотненная пашня

Средневэвешен-:: ный слой

1442094

0f

Составитель Л. Квардакова

Редактор Н.Лазаренко Техред N. Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 6320/1

Производственно- полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

08

0,7

10 N N 40 50 60 70 а ибсвь У зааираацен спи пюРи 4

Физ. f

Ю 20 И 40 Я БО 70

Уи у,рпаяносвь Ф Ра 7араюжеп ми нбч5ы ./о

Тираж 661 Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР по делам йзобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5