Способ прогнозирования стока талых вод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕГЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзныйский институт зпочв от эрозии(5 б) Сурмач Г.Пстока талых водтановых почв.ственной науки юп. Р 45 научно-и едователь ты еделия иСТОКА ТА(54) СПОСОБ ПРОГНО ЛИХ ВОД(57) Изобретение м вано при разработк ванию стока, защит подготовке к павод технических сооруж нии ресурсов и пер ния местного стока Повышение точности стока талых вод, П на основании коэфф ных путем измерени ожет быть использое мер по регулирое почв от эрозии, ку различных гидро ений; при определеспектив использоваБель изобретенияпрогнозирования рогноэ осуществляют ициентов, вычисленя эа 1-1,5 мес до ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ,80. 144209 начала снеготаяния, влагозапасов вснеге, глубины промерзания и влажности почвы на глубину промерзания почвы отбором проб с интервалом 3-10 см,При этом выделяют запирающий мерзлыйслой с влажностью 19-25 Ж на его нижней границе и находят среднюю влажность запирающего мерзлого слоя, асток прогнозируют по величине коэффициентов стока, вычисленнь 1 х по уравнению: К =(а х" Н-Ь х-с Н+о) (1++О, 000005 Р 20 е ), где Кр - прогноэируемый коэффициент стока; х" средняявлажность почвы в запирающем слое, 7;Н - толщина запирающего мерзлого слоя,см; Р, - влагоэапасы в снеге иледяной корке, мм; а,Ь, с,о,п -коэффициенты которые принимают значения в зависимости от типа и уплотненности почв:для зяби черноземных и каштановыхпочв а=0,000185; Ь=0,0025; с 0,025;С=0,03; и - 1,25; для зяби и уплотненной пашни серых лесных и дерново-подзолистых почв, уплотненной пашни черноземных и каштановых почв а 0,000398;Ь=0,0039;.с - 0101; о а 0,075; и: 1,10.2 ил., 2 табл.(ах" Ч-Ьх-сН+ Ь) (1+055 Р ), 35 средняя влажность почвы в запирающем слое,Ж;толщина (высота) запирающего мерзлого слоя, см;влагозапасы в снеге и ледя ной коРке, мм; К +0,0000 где х -а,Ь,с,п коэффициенты, значения кото-рых в зависимости от типа иуплотненности почв приведены 45в табл. 3Величины влажности и толщины мерз. лого запирающего слоя, измеренные за 11,5 мес до начала стока, являют 50 ся определяющими при прогнозировании стока наряду с влагозапасами в твер" дых осадках снеге, ледяной корке).При этом срок 11,5 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 Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при разработке,мер по регулированию . стока, защите почв,от эрозии лодгоУ5 товке к паводку различных гидротехнических сооружений, определения ресурсов и перспектив использования местного стока.Цель изобретения - повышение точ ности прогнозирования стока талых вод.На фиг, 1 представлен график зависимости коэффициентов стока с зяби на суглинистых, тяжелосуглинистых 15 и легкосуглинистых почвах от влажности в запирающем слое почвы; наФиг. 2 - график зависимости коэффициентов стока для зяби и уплотненной пашни на серых лесных и дерново-под золистых почвах и уплотненной пашни на черноземных и каштановых почвах от влажности в запирающем слое.По предлагаемому способу за 1- 1,5 мес до начала снеготаяния измеря ют влагозапасы в снегу, глубину промерэания, влажность почвы в мерзлом запирающем слое с влажностью 19-257 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 трав, невспаханные угодья (стерня); к ним приравниваются вагоны и пастбища.Значения коэффициентов при переменных величинах получены на основании обобщения и обработки экспериментальных данных по стоку с различных угодий с учетом глубины и влажности мерзлого запирающего слоя. Пределы влажности на нижней границе эа":. пирающего слоя 19-253 связань 1 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. К 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 н много. летних 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 (НВ)Для тяжелосуглинистых и глинистых черноземных и каштановых почв на лесовых породах) это составляет око- ло 253, для средне- и твъелосуглинистых серых лесных почв - около 19-22 а.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 80120 мм. При величине влагозапасов (80 мм или )120 мм найденное значение коэффициента стока следует умножить на коэффициент влагозапасов, соответственно равный 80 120-- или в в , где Ро - фактические влаРос Росгозапасы 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 11.5 мес до начала весеннего снеготаяния.В намеченных пунктах на массивах зяби и уплотненной пашни (склоны разной экспозиции) определяют влажность мерзлой почвы на глубину, превышающуюна 15-20 см глубину промерзания, выявляют мощность запирающего слоя с влажностью 19-25% на его нижней границе и вычисляют среднюю влажность в этом слоеОдновременно 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 сто. ка (по данным метеослужбы).50 55 март (47 мм). 10 15 20 26 30 35 40 45 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.П р и м е р. 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 серединеФевраля проводят снего- мерную 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 6повьюения точности прогнозирования,влажность почвы определяют за 11,5 мес до начала снеготаяния на глубину промерзания почвы отбором проб5с интервалом 310 см, выделяют запирающий мерзлый слой с влажностью1925% на его нижней границе, находят среднюю влажность запирающегомерзлого слоя и сток прогнозируют повеличине коэффициентов стока, вычисленных по уравнениюК -(ах"Н-Ьх-сН+1.) (1+а+0,0000055 Р- ),где К - прогнозируемый коэффициентпстока;х - средняя влажность почвы взапирающем слое,%;Н - толщина запирающего мерзло 20 го слоясм;Р - влагозапасы в снеге и ледяной корке, мм; а,Ь,с, 1.,п25 Т а б л и ц а 1 40 Коэффи- циент Зяб черноземных и Зябь и уплотненная пашня серых лесных, дерново-подзолис-,тых почв и уплотненная пашня черноземных и каштанокаштановыхпочв вых почв 0,000185 0,000398 0,0039 0,0101 О, 0025 О, 0125 О, 0751, 10 0,03(0-3 см) и далее через каждые 1 О см.Результаты полевых определений и замеров сведены в табл. 2,Находят коэффициенты стока для зяби и уплотненной пашни или по приведенному уравнению, снимают их сграфиков. Для случаев, где мощностьзапирающего слоя выражается неполными десятками сантиметров (например,65 см), коэффициент стока беретсякак среднее из двух смежных определений, при которых толщина указанногослоя выражена целыми десятками (в данном случае 60 и 70 см).Определяют прогнозируемый слоИстока со склонов разной экспозициидля зяби 4 и уплотненной пашни 5;вычисляют средние его величины дляданного пункта.Находят средневзвешенный слой стока для всей водосборной площади, Притаком распределении сельскохозяйственных угодий, когда под пашней находится 80% площади, сенокосами и выгонами занято 15,5% и лесом 4,5% и такой структуре посевных площадей, прикоторой зябь в среднем занимает в севообороте 67%, уплотненная пашня 33%, З 0а относительно всей площади землепользования соответственно 53,6% и26,4%, средний слой прогнозируемогостока с пашни равняется 75,3 мм, асо всех, сельскохозяйственных угодий -78,8 мм.Площадь бессточных участков (заболоченные части долин, всевозможные депрессии и блюдца на плоских водо разделах и др.) может составлять2,5%. В связи с этим в расчете навсю площадь слой стока составляет76,8 ммТочность по способу прогнозирования стока талых вод Гидрометеослужбой, основанный на балансовых расчетах, не превышает 30-0%, в то время как предлагаемый способ обеспечивает точность прогноза в пределах 80-95%.50 Формула изобретенияЪ Способ прогнозирования стока талых вод, включающий измерение влаго- с запасов в снеге, ледяной корке, влажности и глубины промерзайия почвы и учет прогнозируемых осадков, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью- коэффициенты которые в зависимости от типа и уплотненности почв, принимаютдля зяби черноземных и каштановых почв а=0,000185;Ъ=0,0025, с=0,0125, 1.=0,03,п=1;25; а для зяби и уплотненной пашни серых лесныхи дерево-подзолистых почв,уплотненной пашни черноземных и каштановых почв а=ПоказатеЛи Зябь Запас воды в снеге + нормаосадков за половину февралямарт Рщ, мм . 100+47- 75+47. 80+47 90+47"147 "122 =127 М 37,60 Мощность запирающего слояН 1 мм 65 60 70 Средняя влажность почвыв запирающем слое х, Я 45 45 Прогнозируемый коэффициент стока К 0,46 0,50 0,38 0,41 Приведенный коэффициентстока К 110,44 0,46 0,40 0,42 Прогнозируемый слой стокаУ, мм 60;3 Запас воды в снеге + нормаосадков за половину февраля -март Р , мм 102+47= 75+47= 90+47 95+47149 =122 =137 Ч 42 Мощность запирающего слояН, см 60 70 Средняя влажность почвыв запирающем слое х,Х 43 43 Прогнозируемый коэффициентстока К Оъ 92 0176 Оэ 84. 0,84 О, 83 0,.81 0,81 0,79 Прогнозируемый слой стока123,7 98,8 111,0 112,2 111,4 Приведенный коэффициентстока Кн пр Экспозиция склона1 1.северная южная восточная западная 67,6 48,8 53,3Уплотненная пашня Средневэвешен-ный слой,9 паяйссеь Р мвирающеи Составитель Л.КвардаковаТехред М.Ходанич Коррек Редактор Н.Лазаре Обручар Заказ 6320 6 роизводственио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул тная, 4 р 08 0,1 0 05 ВПИИЙИ Госуд по делам 13035, Москва, рственного козобретений иЖ, Раушска Подписноетета СССРкрытийнаб., д, 4/5