Прямые и обратные задачи модели солепереноса в условиях стационарного водно-солевого режима почвогрунтов

9.Zhangurov E.V., Dubrovskii Yu.A., Dymov A.A. Kharakteristika pochv i rastitel'nogo pokrova vysotnykh poyasov khrebta Maldy-nyrd (Pripolyarnyi Ural) (Characteristics of soils and plant cover in high-altitude zones of Maldy-nyrd (Subpolar Ural), Izvestiya Komi NTs UrO RAN, 2012, No. 4, pp. 40-48.

10. Kachinskii N.A. Mekhanicheskii i mikroagregatnyi sostav pochvy, metody ego izucheniya (Mechanical and microaggregate soil composition, methods of its study), M.: 1958, 192 p.

11. Lesovaya S.N., Goryachkin S.V., Polekhovskii Yu.S. Pochvoobrazovanie i vyvetrivanie na ul'traosnovnykh porodakh gornykh tundr massiva Rai-Iz, Polyarnyi Ural (Soil formation and weathering of ultramafic rocks on the mountain Tundra array Rai-Iz, Polar Ural), Pochvovedenie, 2012, No.1, pp. 44-56.

12. Oberman N.G. Merzlye porody i kriogennye protsessy Vostochnoevropeiskogo sektora subarktiki (Frozen rocks and cryogenic processes of the Eastern European branch of the Subarctic), Pochvovedenie, 1998, No. 5, pp. 540-550.

13. Polevoi opredelitel' pochv Rossii (Field guide to soils of Russia), M., 2008, 182 p.

14. Pochvy i pochvennyi pokrov Pechoro-Ilychskogo zapovednika (Severnyi Ural) (The soil and the soil cover of Pe-chora-Ilytch biosphere reserve (Northern Urals), Syktyvkar, 2013, 328 p.

15. Rusanova G.V., Kyukhri P. Pochvy granitsy lesa i gornoi tundry Pripolyarnogo Urala (Soil boundaries of forest and mountain Tundra in Subpolar Ural), Pochvovedenie, 2001, No. 4, pp. 409-417.

16. Samofalova I.A., Luzyanina O.A. Pochvy zapovednika «Basegi» i ikh klassifikatsiya (Basegi national reserve soils and their classification), Permskii agrarnyi vestnik, No. 1, 2014, pp. 50-59.

17. Semikolennykh A.A., Bovkunov A.D., Aleinikov A.A. Pochvy i pochvennyi pokrov taezhnogo poyasa Severnogo Urala (The soil and the soil cover of Taiga zone in Northern Urals), Pochvovedenie, 2013, No. 8, pp. 911-923.

18. Iudin Iu.P. Rastitel'nyi mir. Proizvoditel'nye sily Komi ASSR (Flora. The productive forces of the Komi ASSR), Vol. III, Part I, Izdatel'stvo AN SSSR, 1954, 375 p.

19. Farley R.A., Fitter A.H. 1999. Temporal and spatial variation in soil resources in a deciduous woodland, Journal of Ecology, Vol. 87, No.4, pp. 688-696.

20. Kleb, H.R. Vegetation effects on soil resource heterogeneity in prairie and forest / H.R. Kleb, S.D. Wilson, American Naturalist, Vol. 150, 1997, No. 3, pp. 283-298.

21. Onipchenko, V.G. The role of soil in the formation and preservation of plant diversity , The role of soil in the formation and maintenance of biological diversity. - M.: KMK Scientific Press Ltd., 2011, pp. 86-155.

22. Samofalova I., Luzyanina O., Maulina E., Kulkova L. Features soil mountain-taiga zone the middle Urals, Igdir university journal of the institure of science and technology, 2 (2EK: A): 2012, pp. 93-100.

23. Word Reference Base for Soil Resources. Draft.ISSS, ISRIC FAO. Wageningen, Rome, 1994, 161 p.

УДК 631. 4

ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ МОДЕЛИ СОЛЕПЕРЕНОСА В УСЛОВИЯХ СТАЦИОНАРНОГО ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕЖИМА ПОЧВОГРУНТОВ

Ф.Д. Микайылов, д-р с.-х. наук,

Университет Сельчук,

Кампус, г. Конья, Турция, 42075,

E-mail: farizmikayilov@gmail.com

Аннотация. Достоверность решения задач по прогнозированию солевого режима поч-вогрунтов в значительной степени зависит от точности определения параметров солепереноса. Важное значение здесь имеет также выбор математической модели солепереноса, дающей удовлетворительное описание изучаемых явлений. Качественные и количественные изменения содержания солей в условиях стационарного водно-солевого режима прогнозируются с помощью аналитических методов. Аналитические методы основаны на использовании решений уравнения водно-солевого баланса, записанного в дифференциальной форме для конкретных расчетных схем. Практический интерес представляет прогнозирование рассоления и вторичного засоления зоны аэрации почвогрунтов в результате длительного орошения и подъема уровня грунтовых. При прогнозировании необходимо заранее знать параметры модели солепереноса. При анализе теории солепереноса при фильтрации воды в засоленных почвогрунтах было показано, что основными параметрами, характеризуюшими перенос растворенных солей, являются параметры конвективной диффузии, которые должны определяться по данным специальных полевых и лабораторных экспериментов. Их нахождение сводится к решению обратной задачи ма-

тематической физики, в которой, по известному решению краевой задачи, требуется найти параметры дифференциальных уравнений. Разработан метод определения параметров солепере-носа в условиях стационарного солевого режима почвогрунтов зоны аэрации по среднему засолению почв заданной мощности, до и после полива, по данным полевых экспериментов. На основе решения модели солепереноса, описывающей процесс в условиях стационарного водносолевого режима почвогрунтов зоны аэрации, возможно определение параметра конвективной диффузии по среднему засолению почвы как при отсутствии, так и при наличии транспирации. Основным преимуществом метода является облегчение вычислительной процедуры и достоверность значений параметра конвективной диффузии, так как не используется в расчетах трудно определяемая в мелиоративной практике исходная информация о содержании солей на поверхности почвы.

Ключевые слова: моделирование, солеперенос, стационарный режим, засоление, параметр конвективной диффузии.

Введение. Достоверность решения задач по прогнозированию солевого режима поч-вогрунтов в значительной степени зависит от точности определения параметров солепере-носа. Важное значение здесь имеет также выбор математической модели солепереноса, дающей удовлетворительное описание изучаемых явлений. Использование грубых представлений может привести к неконтролируемым ошибкам, что отрицательно скажется на качестве прогноза солевого режима орошаемых массивов. Поэтому установление параметров солепереноса имеет чрезвычайно важное значение и является одной из важнейших задач экспериментально-теоретических исследований. Указанные параметры должны определяться по результатам специальных полевых (промывка опытных чеков и плошадок) и лабораторных экспериментов (промывка монолитов ненарушенной структуры). Их нахождение сводится к решению обратной задачи солепереноса.

Подробно описаны методы [1, 7] решения подобных задач, когда искомые параметры модели солепереноса находятся, по данным засоленности, в отдельных точках расчетной толщи почвогрунта в фиксированный момент времени.

Более надежными являются интегральные методы, когда при нахождении параметров используются экспериментальные данные о процессе за определенный промежуок времени в некоторых точках пористой среды или информация во всей рассматриваемой области пространства на определенном отрезке времени. Однако на практике получить информа-

цию о процессе в таком объеме не всегда возможно из-за сложности, трудоемкости и высокой стоимости соответствуюшего эксперимента.

В результате исследований по данной тематике выяснилось, что существующие методы определения параметров [6, 9], особенно для условий нестационарного режима, разработаны недостаточно. В существующих публикациях было доказано, что необходимо разработать методы для определения параметров модели солепереноса по среднему засолению промываемой толщи почвогрунтов до и после промывки, которые являются более точными. Обоснование этих методов в основном заключается в том, что средние значения распределения солей в толще, представляюшие собой интегральные величины, определяются с большой точностью и являются более информативными, чем содержание солей в какой-либо точке почвы.

Предлагаемый метод определения параметров солепереноса в условиях стационарного водно-солевого режима почвогрунтов, по данным как полевых, так и лабораторных экспериментов, учитывает изложенные выше особенности.

Цель исследования - изучить стационарное распределение легкорастворимых солей в почве и грунтах зоны аэрации на основе математического моделирования. Для реализации цели были поставлены конкретные задачи:

- изучение миграции солей под действием инфильтрации и испарения с поверхности грунтовых вод при отсутствии и наличии транспирации;

- разработка методов расчета гидрохимического параметра дисперсии на основе натурных наблюдений за процессом распределения легкорастворимых солей под действием инфильтрации и испарения;

- апробация полученных решений при сравнении прогнозных данных с фактическими.

1. Постановки задачи и выбор модели

Известно, что стационарный ионносолевой и водный режимы формируются при длительном орошении или в естественных условиях и наступают при равновесии факторов, способствующих выносу солей из пород зоны аэрации и грунтовых вод и поступлению солей. В связи с этим будем рассматривать также некоторые вопросы моделирования переноса солей в условиях стационарного режима, когда можно пренебречь сезонными отклонениями от общего направления процесса [1], т.е. можно пренебречь изменениями во времени количества солей (эпюры распределения солей в пространстве) в рассматриваемой области фильтрации.

Одной из основных задач исследований солепереноса следует считать выбор соответствующей данным условиям математической модели на основе изучения: а) структурных особенностей отдельных горизонтов изучаемой толщи пород (почв, грунтов, зоны аэрации грунтовых вод), б) закономерностей передвижения веществ, в) процессов, принимаемых во внимание, г) способов описания действия этих процессов. Успех прогнозирования процессов солепереноса в почвах с помощью математического моделирования в каждом конкретном случае зависит от разумного выбора модели. Этот выбор определяется свойствами почв, характером водных режимов и точностью входной информации [4, 7].

Стационарный процесс перераспределения легкорастворимых и подвижных солей в почвах при малом содержании их в твердой фазе и постоянной скорости движения влаги в зоне аэрации во времени описывается распространенным уравнением [7, 15]:

а С _ а

Лх2 Лх

где с _ концентрация солей почвенного раствора на глубине х, г/л или %;

D

= 0 ( 0 < х < L ).

Da = l va | = l\vn - wp|- коэффициент конвективной диффузии, м2 /сут; 1 - коэффициент, учитывающий дисперсию скорости потока в порах разного размера, называемый шагом смещения; м; va = vn — wp ° const - средняя скорость движения воды в порах, м/сут; vn — среднегодовая интенсивность суммарного

поступления воды на поверхность почвы (поливы, осадки, конденсационные воды), м/сут; wp — среднегодовая интенсивность суммарного расходования подземной воды на испарение и транспирацию, м/сут; L — глубина грунтовых вод от поверхности земли, м.

Для случаев, когда скорость движения влаги зависит от глубины, уравнение имеет вид:

d dC—vdC=о

a dx2 a dx

Подробный анализ уравнений (1.1), (1.2) и их решений приводится в работах [1-5, 7-8].

Если Уп < ~мр, т.е. скорость уа направлена вверх, то наблюдается засоление почвы. Если благодаря поливам \п > 'Мр и Уа > 0, то

вследствие диффузии происходит рассоление почв.

На поверхности почв [1] было предложено условие

,дС

D-

& '"Ь _ ^ ) С (0)'

где Сп _ концентрация поливных вод, г/л или %; С (0)_ концентрация солей на поверхности почвы ( х _ 0 ), г/л или %.

На нижней границе х _ Ь может быть задано условие первого рода:

С

где Сгр _ концентрация солей у поверхности

грунтовых вод, г/л или %.

2. Решение прямой задачи

При стационарном распределении солей и постоянной скорости движения влаги в зоне

аэрации почвы (0 < х < Ь) следует решать

уравнение (1.2) при условии (1.3) и (1.4). Решение его получено [1] и имеет вид:

C(x) = |С +

v„C„

exp

D

v„C„

w — v

w —v

Зависимость (2.1) справедлива в том случае, если поливные воды, осадки и грунтовые воды, поступаюшие в породы и зону аэрации, расходуются лишь на испарение. Однако, в вегетационный период в пределах орошаемых массивов часть воды, поступающая в зону аэрации, расходуется на транспирацию ее растениями.

Например, если скорость транспирации

* х

линейно зависит от глубины, т.е. w =— w ,

p x1

тогда скорость перемещения почвенного раствора в поровом пространстве будет иметь

x

вид: va = vn — wp = vn — w —, где x1 - мощ-

xi

ность зоны транспирации. В этом случае решение уравнения (1.1), полученное С.Ф. Аверьяновым [1], при условиях (1.3) и (1.4) имеет вид:

C (х) = C/-x )(1+х—2v)Pe1 + 2vC^,/^ [ f (у)—f (^2)] е^( x—v )2.

У

где f (у) = j exp (t2) dt — интеграл вероятности

0

от мнимого аргумента.

х = —. v = —. Pe1 = wx-. У1 =(1 — v)[Pe .

x1 w 2D

У2 =

Более подробное исследование уравнения (1.1) при различных законах изменения wp от глубины приводится в работах [7].

Пользуясь формулой (2.1), можно определить среднее содержание солей S(l) в

почвенном слое

[0, L]:

D

S і1 ) = l JC іx)dx = I CP +

Учитывая представления do = 1 и вводя замену переменных

wr) = SіL), C = -C^, V = ,

S і L) =

C

С

Cn

S і1) +

1 + w

I _ у

[ехр

1 у

1г(П) _ -[1 _ ехр(-^)] при V _-^ < 1

Формулы (2.4) или (2.6) позволяют прогнозировать среднюю минерализацию поро-вых растворов в породах зоны аэрации (от поверхности почвы до уровня грунтовых вод) при отсутствии транспирации.

Средняя минерализация порового раствора в пределах корнеобитаемого слоя в условиях линейной транспирации может быть определена путем интегрирования решения (2.2) (для Сп=0) при х, меняющемся от 0 до Ь [1, 7]:

5 (Ь)_ С-М-р [ £ (у _1

* I w-# ]--н

С учетом подстановок Pe = wL/2D перепишем (2.7) в виде:

S {L) = J'p~ exp [Pe V -1)2 ] {erfe [{V -1) yfPe ] - erfe )},

— V

V = -n

3. Решение обратной задачи

При установившемся режиме методика определения параметра дисперсии 1, а, следовательно и Оа, предложенная [1], основана на решении (2.2) и имеет вид:

V

Pe = —7=--------т ІП

2

Pe =

с (0_)іг -1)+c. V [с (0) -1]

2 [S і1 )іV - !) + C ]

или

Здесь с(G) = C(0), Pe = ^ C (G) C„ 2Da

- параметр Пекле.

Зная распределение солей, то есть С (0), С,, Сгг и 5 (Ь), водный баланс (Vп, ур) и глубину грунтовых вод Ь , по формулам (3.1) можно определить параметр Пекле (Ре) и,

следовательно, Оа и 1 по формулам:

wL

и

2Pe 1 =

a

w„L

2Pe і wp — vn )

w„L

при w > v.

при wp < vn

V -1

перепишем (2.2) в следующем безразмерном виде:

_2Ре

В отличие от формулы

w

v.C.

v.C.

D

L

n

v

w =

для расчетных слоев всего участка нами предлагается методика расчета параметра 1 в условиях стационарного солевого режима при отсутствии транспирации по формулам:

/1(Г) _ - [ехр(я) _1] при

Г

Ш _-[1 _ехР(Л)] пРи

Г

Существует несколько способов определения параметра 1 по выходной кривой безразмерной концентрации 5 (1 )+Ф

Используя значения исходных данных

, 2р, vn Ь), полученных на

основе проведенных экспериментов в лабораторных условиях, используя (2.5), подсчиты-

почвенного

раствора, выраженной по формулам (2.5) или (2.6):

- по графику безразмерной концентрации

/Л или /г

- по табулированному значению безразмерной концентрации / (г) или / (г) ;

- по подбору на ЭВМ значения безразмерной концентрации / (г) или / (г) .

На рисунке приведены графики зависимостей (3.3), которые позволяют решать как прямую задачу - прогноз рассоления (засоления) толщи, так и обратную задачу - определение параметра дисперсии 1, а, следовательно, и коэффициента конвективной диффузии Оа по формуле (3.2).

Наиболее универсальным будет метод

*

подбора коэффициента г из условия совпадения соответствующих кривых прогнозных зависимостей с фактической.

Рис. Графики функций /1

* (Ь) и / (г-)_5+ф_У_.

Далее находятся значения функции (3.3) при различных значениях величин параметра Г до тех пор пока уэкс не совпадет с вычисленными значениям У выч, т.е: У выч _У ( Г_Г*)_ / * (г*) . Из соотношения

Г* _ Ь /1 находим величины искомого параметра 1, который равен:

1_ Ь/г ,

*

где г* - значения параметра г, при котором

У эс _ У ыч |< 10_4.

Основным преимуществом предлагаемых формул (3.3) по сравнению с (3.1) является то, что при нахождении параметра 1(или Па) в формуле (3.3), в отличие от (3.1), не

входит трудноопределяемая в мелиоративной практике исходная информация о содержании солей на поверхности почвы С(0), что облегчает вычислительную процедуру, а кроме того, позволяет более достоверно судить о значении гидрохимического параметра 1. Следует отметить, что поскольку параметр 1 не может быть отрицательной величиной, то при постановке опытов должны соблюдаться следующие условия: /1(г) > 1 при 2р > 1,

/2(Г) <1 при ур < 1.

Если суммарное поступление воды на поверхность почвы меньше, чем суммарный расход подземной воды на испарение и транспирацию (у, < 2р), то есть, если наблюдается засоление почвы, тогда для определения параметра 1следует использовать левый график (см. рисунок). В противном случае, если вследствие диффузии наблюдается рассоление почв (у, > 2р), тогда для определения параметра 1следует использовать правый график.

Пример. Для иллюстрации предложенной методики расчета параметра коэффициен-

*

та конвективной диффузии Оа и гидродинамической дисперсии 1, используют зависимость (3.3). В качестве исходной информации взяты данные полевых опытов из работы И.П. Айдарова [2, С. 77]. ^

1. Составляющие водногЬ_ба_1^^^р|_10и7о?-Л сутствии транспирации:

- осадки: уп = 170,2 мм/год = 466,301 • 10"4 м/сут;

- испарение: ^'р=232,8 мм/год = 637,808-10-4м/сут;

Тогда для безразмерной скорости имеем:

V = wр / уп = 1,3678;

2. Распределение солей по профилю: -концентрация поливных вод: Сп = 2 г/л; -концентрация грунтовых вод: Сгр = 16 г/л; -концентрация солей на поверхности почвы: С(0) = 328 г/л;

-среднее содержание солей в слое почвы: Ъ(1) = 108 г/л.

3. Глубина грунтовых вод: I = 2,14 м.

Имея вышеперечисленные исходные дан-

1 _ 0,7781 м :

ные, сначала вычисляем значенияутараметров

Пекле, дисперсии и коэффициента диффузии

по существующим (3.1) или (3.2) формулам:

1,3678 •(20,5 _1) _ 26,6721

значение п*=2,7411, а затем определяем величину параметра 1и коэффициента конвективной диффузии Ба:

Ре _

2 • 6,75 (1,3678 _1) + 0,125 5,2153

2р1 498 1920

р 498,192° = 0,7781 м;

= 5,1142;

2Ре(ур _Vп) 640,2978

Ба _1(ур _ vn)_ 0,778 1,715 •10_4 _ 1,3343 • 10_4 м2 / сут Далее, расчет по предложенной формуле (3.3) осуществляется методом подбора г при известных значениях 5(1) и ш. Для вышеперечисленных исходных данных имеем:

5 (I) _ I08 _ 6,75 ; Сп _ Сп- _ — _ 0,125 ; V _ ^ _ 232,8 _ 1,3678>1 16 п Ср 16 vn 170,2

Сп 0,125

Ф _ =- -

= 0,3399 ; уэк

5(- ) + Ф 6,75 + 0,3399 = 5 2914 1+ Ф 1 + 0,3399 ’

V _1 0,3678

Так как: wр /уп = 1,3678>1, то по найденному значению уэкс _5,2914 и по уравнению (3.3),

то есть / (г) _ (еГ _ 1) / г , по методу подбора на компьютере или по графику-1 находим

/ 2 14

—-------_0,7807 м ;

Г 2,7411

; Па _Л(wp _V)_ 0,7807 1,715 10_4 _ 1,3389-10_4 ж2/ сут

Из сравнения значений параметров дисперсии 1, рассчитанных по существующим (3.1) или

(3.2) и предложенным формулам (3.3), видно, что полученные значения 1 одинакового порядка точности, и использование формулы

(3.3) намного упрощает методику расчета 1, при которой знание информации о содержании солей на поверхности почвы С(0) является излишней. Средняя относительная ошибка составляет:

1 _0,7781м

сушест ~

прсРл&ж

0,7781 _ 0,7807

0,7807

• 100% _ 0,33%

Выводы. Разработан метод определения параметров солепереноса в условиях стационарного солевого режима почвогрунтов зоны аэрации по среднему засолению почв заданной мощности, до и после полива, по данным полевых экспериментов. На основе решения модели солепереноса, описывающей процесс в условиях стационарного водно-солевого режима почвогрунтов зоны аэрации, возможно определение параметра конвективной диффузии по среднему засолению почвы как при отсутствии, так и при наличии транспирации. Основным преимуществом метода является облегчение вычислительной процедуры и достоверность значений параметра конвективной диффузии, так как не используется в расчетах трудно определяемая в мелиоративной практике исходная информация о содержании солей на поверхности почвы.

Литература

1. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. М.: Колос, 1978. 288 с.

2. Айдаров И.П. К вопросу обоснования режима орошения и параметров дренажа на засоленных или склонных к засолению землях // Теория и практика борьбы с засолением орошаемых земель / Под. ред. С.Ф. Аверьянова. М.: Колос, 1971. С. 71-81.

3. Айдаров И.П. Регулирование водно-солевого и питательного режима орошаемых земель. М.: Агропромиз-дат, 1985. 290 с.

4. Барон В.А., Планин Ю.Г. Прогноз многолетнего режима минерализации поровых вод при орошении. М.: Недра, 1974. 87 с.

5. Богомолов Ю.Г., Жабин В.Ф., Хачатурьян В.Х. Изменение гидрогеологических условий под влиянием мелиорации. М.: Наука, 1979. 164 с.

6. Ваксман Э.Г., Мироненко Е.В., Пачепский Я.А. Метод определения параметра солепереноса при промывках // Гидротехника и Мелиорация. 1981. № 11. С. 83-84.

7. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Куранов Н.П., В.С., Шульгин Д.Ф. Методы прогноза солевого режима грунтов и грунтовых вод. М.: Колос, 1979. 336 с.

8. Горев Л.Н., Пелещенко В.И. Мелиоративная гидрохимия. Киев: Вища школа, 1984. 256 с.

9. Микайылов Ф.Д. Определение параметров модели солепереноса при промывках водонасыщенных поверхностно засоленных почвогрунтов // Почвоведение. 2007. № 5. С. 599-609.

10. Azizov K.Z., Huseynov G.G., Mikayilov F.D. Kur-Araz Ovasi Topraklarindaki Tuz Tajinim Prosesinin Hidro-Kimyasal Parametrelerinin Ampirik Yontemle Belirlenmesi // Izv. Akad. Nauk Azerb. SSR, Ser. Biol. Nauk, 1979. No 5. pp. 65-72. Baku. (на азербайджанском, резюме на английском).

11. Brenner H. The diffusion model of longitudinal mixing in beds of finite length. Numerical values // Chem. Eng. Sci., 1962. Vol. 17. p. 229-243.

12. Juri W.A., Gardner W.R., Gardner W.H. Soil Physics. New York, 1991. 328 p.

13. Mikailsoy F. D., Pachepsky Y.A. Average Concentration of Soluble Salts in Leached Soils Inferred from the Convective-Dispersive Equation // Irrigation Science, 2010. Vol. 28. No. 5. pp. 431-434.

14. Mikayilov F., Acar B. Toprak ekosistemlerinde kirleticilerin tajinim mekanizmasinin incelenmesi ve modellenmesi // Ekoloji, 1998. Cilt 28(7). pp. 20 - 23, Izmir, Turkuye. (на турецком, резюме на английском).

15. Rolston D.E. Historical development of soilwater physics and solute transport in porous media // Water Sci Technol Water Supply, 2007. Vol. 7. pp: 59-66.

DIRECT AND INVERSE PROBLEMS OF SALT TRANSPORT MODEL UNDER STEADY STATE WATER-SALT CONDITIONS OF SOILS

F.D. Mikayilov

Doctor of Agricultural Sciences University of Selcuk Konya, 42075 Turkey E-mail: farizm@selcuk.edu.tr

ABSTRACT

The reliability of the soil salt regime forecast is heavily dependent on the accuracy of definition of parameters of salt transport. The importance here is the choice of mathematical model of salt tran-port, giving a satisfactory description of the studied phenomena. Qualitative and quantitative changes in the salt content of stationary water-salt regime are forecast using analytical methods. Analytical methods are based on the use of solutions to the equation of water balance, written in differential form for specific calculation schemes. Practical interest is the prediction of secondary salinization and desalinization of aeration zone of soil as a result of long irrigation and ground water rise. You must know salt transport model parameters in advance when forecasting. In the analysis of the theory of salt transport in filtering water in saline soil, it was shown that the basic parameters, characterizing the transfer of dissolved salts, diffusion, convective parameters are to be determined according to the specific field and laboratory experiments. Their finding is led to the solution of the inverse problem of mathematical physics, which, by the known solution of boundary-value problem, you need to find the settings of differential equations. We developed a method for measurement of salt transport under conditions of stationary soil salt regime of aeration zone on the secondary salinization specified power, before and after watering, according to data from field experiments. On the basis of decision model of salt transport, explaining the process in a stationary soil water-salt regime of aeration zone, it is

possible to define convective diffusion parameter for secondary salinization of soil as in the absence and in the presence of transpiration. The main advantage of this method is to alleviate the computational procedure and accuracy values for the parameter convection diffusion because it does not require to use in calculations difficult to determined in drainage practice, background information on the salt content of the soil surface.

Key words: modeling, salt transport, stationary regime, salinization, convective diffusion.

References

1. Averyanov S.F. Bor'ba s zasoleniem oroshaemykh zemel (Control of salinization of irrigated lands), M.: Kolos, 1978, 288 p.

2. Aidarov I.P. K voprosu obosnovaniya rezhima orosheniya i parametrov drenazha na zasolennykh ili sklonnykh k zasoleniyu zemlyakh (The justification of irrigation and drainage parameters in saline or prone to salinization of lands), Teor-iya i praktika bor'by s zasoleniem oroshaemykh zemel'. Under ed. S.F. Aver'yanov. M.: Kolos, 1971, pp. 71-81.

3. Aidarov I.P. Regulirovanie vodno-solevogo i pitatel'nogo rezhima oroshaemykh zemel (Regulation of water and nutrient regime of irrigated lands), M.: Agropromizdat, 1985, 290 p.

4. Baron V.A., Planin Yu.G. Prognoz mnogoletnego rezhima mineralizatsii porovykh vod pri oroshenii (Prediction of long-term treatment of pore water salinity in irrigation), M.: Nedra, 1974, 87 p.

5. Bogomolov Yu.G., Zhabin V.F., Khachatur'yan V.Kh. Izmenenie gidrogeologicheskikh uslovii pod vliyaniem me-lioratsii (Hydrogeological conditions changing under the influence of reclamation), M.: Nauka, 1979, 164 p.

6. Vaksman E.G., Mironenko E.V., Pachepskii Ya.A. Metod opredeleniya parametra soleperenosa pri promyvkakh (Method for the determination of the salt transport under leaching), Gidrotekhnika i Melioratsiya, 1981, No. 11, pp. 83-84.

7. Verigin N.N., Vasil'ev S.V., Kuranov N.P., V.S., Shul'gin D.F. Metody prognoza solevogo rezhima gruntov i gruntovykh vod (Forecasting methods for salt mode of grounds and ground waters), M.: Kolos, 1979, 336 p.

8. Gorev L.N., Peleshchenko V.I. Meliorativnaya gidrokhimiya (Reclamation hydrochemistry), Kiev: Vishcha shkola, 1984, 256 p.

9. Mikaiylov F.D. Opredelenie parametrov modeli soleperenosa pri promyvkakh vodonasyshchennykh poverkhnostno zasolennykh pochvogruntov // Pochvovedenie. 2007. No. 5, pp. 599-609.

10. Azizov K.Z., Huseynov G.G., Mikayilov F.D. Kur-Araz Ovasi Topraklarindaki Tuz Tajinim Prosesinin Hidro-Kimyasal Parametrelerinin Ampirik Yontemle Belirlenmesi, Izv. Akad. Nauk Azerb. SSR, Ser. Biol. Nauk, 1979. No 5. pp. 65-72. Baku.

11. Brenner H. The diffusion model of longitudinal mixing in beds of finite length. Numerical values, Chem. Eng. Sci., 1962, Vol. 17, p. 229-243.

12. Juri W.A., Gardner W.R., Gardner W.H. Soil Physics. New York, 1991, 328 p.

13. Mikailsoy F. D., Pachepsky Y.A. Average Concentration of Soluble Salts in Leached Soils Inferred from the Convective-Dispersive Equation, Irrigation Science, 2010, Vol. 28, No. 5, pp. 431-434.

14. Mikayilov F., Acar B. Toprak ekosistemlerinde kirleticilerin tajinim mekanizmasinin incelenmesi ve modellenmesi, Ekoloji, 1998, Cilt 28(7), pp. 20 - 23, Izmir, Turkuye.

15. Rolston D.E. Historical development of soilwater physics and solute transport in porous media, Water Sci Technol Water Supply, 2007, Vol. 7, pp. 59-66.