МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 631.6

ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОПРЯЖЕННЫХ

ФАЦИЙ ЛАНДШАФТНЫХ КАТЕН

 

Ю.И. Сухарев – к.т.н., доцент

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

г. Москва, Россия

 

С целью решения мелиоративных задач на кафедре мелиорации и рекультивации земель МГУП была разработана количественная, двумерная, описывающая вертикальное и латеральное движение потока, имеющая свойства прогностичности, математическая модель передвижения влаги в почвах и грунтах сопряженных фаций ландшафтных катен [3]. Модель позволяет рассчитывать в многолетнем периоде водный режим почв и грунтов ландшафтных катен с учетом следующих природных и антропогенных факторов: рельефа земной поверхности, водно-физических свойств почв и подстилающих отложений, атмосферных осадков, испарения с поверхности почвы, транспирации растениями, переменной во времени мощности корнеобитаемой зоны, осушения и орошения фаций катены.

Для верификации разработанной математической модели нами были использованы опубликованные материалы полевых исследований, выполненных Ф.Р. Зайдельманом на Рузском почвенно-мелиоративном стационаре, расположенном в Московской области в пределах Среднерусской провинции дерново-подзолистых почв, и приуроченном к Клинско-Дмитровской моренной гряде [6]. В указанной работе освещен важный вопрос взаимодействия и совместного развития геоморфологических и почвенных процессов, изучению которого посвящены также работы Г.Н. Высоцкого [1], Б.Б. Полынова [8], М.А. Глазовской [2], А.Дж. Джеррарда [4], И.С. Урусевской [9] и др.

Почвообразующими породами почв стационара являются тяжелосуглинистые и глинистые лессовидные (покровные) бескарбонатные отложения, подстилаемые на глубине 2-3 м днепровской суглинистой мореной, которая, в свою очередь, покоится на глинах юры (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Литологический разрез территории Рузского стационара по [6]

Разрезы: 1 - дерново-подзолистая незаболоченная суглинистая почва; 3 – то же глубоко-оглеенная; 5 – то же глееватая тяжелосуглинистая; 6 - дерново-глеевая тяжелосуглинистая почва; подстилающие отложения: 1 – покровные; 2 – моренные суглинки и глины;

3 – юрские глины; 4 – известняки.

 

На литологическом разрезе Рузского стационара были выделены следующие почвы: дерново-подзолистая суглинистая, дерново-подзолистая суглинистая глубокооглеенная, дерново-подзолистая глееватая и дерново-глеевая тяжелосуглинистые почвы [6]. Эти почвы расположены соответственно: на вершине холма и склонах с уклонами 2-30, нижней трети склона с уклонами 20, плоском основании склона, в понижении. Таким образом, в указанной работе была дана морфологическая характеристика почв характерных фаций ландшафтно-геохимической катены: элювиальной, трансэлювиальной, супераквальной.

Проверка модели проводилась путем сопоставления рассчитанных влагозапасов в расчетном слое почвы и полученных во время полевых исследований.

По материалам опубликованных полевых почвенно-мелиоративных исследований на Рузском стационаре [6] были определены необходимые для расчетов данные: морфологические параметры рельефа (вертикальная и горизонтальная расчлененность), водно-физические свойства почв и грунтов, суточные количества атмосферных осадков и даты их выпадения, декадные значения суммарного испарения. Вертикальная расчлененность рельефа составляет 11,0 м, ширина ландшафтного разреза составляет около 700 м, средняя мощность почв и подстилающих грунтов (до юрских глин) составляет 18,0 м. Некоторые водно-физические свойства почв и грунтов приведены в табл. 1, коэффициент фильтрации принимался по данным [5].

 

Таблица 1.

Водно-физические свойства почв и грунтов по [6, 7]

 

Почва, разрез

Горизонт

Глуби-на, см

Влажность завядания, об. %

Плотность твердой фазы, г/см3

Плотность, г/см3

Пористость, %

Дерново-подзолистая

Апах

0-26

9,8

2,63

1,37

47,9

суглинистая, разрез 1

А2

26-32

12,7

2,62

1,58

39,7

 

А2В1

32-50

17,1

2,65

1,50

43,3

 

В1

50-86

-

2,64

1,52

42,4

 

В2

86-140

-

2,66

1,57

41,0

 

С

140-180

-

2,63

1,58

39,9

Дерново-подзолистая

Апах

0-25

10,8

2,60

1,37

47,3

глубокооглеенная

А2

25-39

14,8

2,66

1,50

43,6

суглинистая, разрез 3

А2В1

39-58

20,6

2,62

1,48

43,5

 

В1

58-98

-

2,66

1,52

42,9

 

В2

98-140

-

2,68

1,54

42,5

 

Сg

140-200

-

2,61

1,52

41,8

Дерново-подзолистая

Апах

0-18

10,7

2,44

1,34

45,1

глееватая тяжело-суг-

А2gf

18-26

12,9

2,53

1,39

45,1

линистая, разрез 5

А2В1

26-60

15,7

2,55

1,49

41,6

 

В1g

60-98

-

2,55

1,54

39,6

 

В2 g

98-150

-

2,50

1,58

36,8

 

Сg

150-200

-

2,50

1,62

35,2

Дерново-глеевая глини-

А1g

0-20

-

2,48

1,06

57,3

стая, разрез 6

А1G0

20-50

-

2,70

1,56

42,2

 

В1G0

50-92

-

2,76

1,52

44,9

 

В2G0

92-140

-

2,76

1,46

47,1

 

В модели атмосферные осадки учитывались приращением запасов влаги в верхнем слое почвы в день их выпадения, то есть принимались во внимание суточные количества осадков. Расходование влаги на испарение принято зависящим от погодных условий, от влажности почвы, оно разделялось на испарение с поверхности почвы, которое учитывалось как граничное условие, и на транспирацию. С этой целью для каждой декады теплого периода по известной средней температуре воздуха и относительной влажности воздуха подсчитывалось потенциальное (при оптимальной влагообеспеченности) суммарное испарение (эвапотранспирация) по формуле Н.Н. Иванова. Потенциальная эвапотранспирация разделялась на потенциальное испарение с поверхности почвы и потенциальную транспирацию пропорционально затененности почвы растительным покровом, которая изменялась по декадам. Эти потенциальные виды испарения редуцировались на каждом временном шаге. Скорректированная величина транспирации распределялась по глубине корнеобитаемого слоя пропорционально влажности почвы и массы корней в виде интенсивности влагоотбора корнями растений из единичного объема почвы.

 

 

 

Рис. 2. Сопоставление рассчитанных по модели и измеренных влагозапасов

(разрез 1 – вершина холма): 1 – рассчитанные влагозапасы,

 2 – измеренные влагозапасы по [6]

 

 

 

 

Рис. 3. Сопоставление рассчитанных по модели и измеренных влагозапасов

(разрез 3 – нижняя треть склона): 1 – рассчитанные влагозапасы,

2 – измеренные влагозапасы по [6]

 

 

 

 

Рис. 4. Сопоставление рассчитанных по модели и измеренных влагозапасов

(разрез 5 – основание склона): 1 – рассчитанные влагозапасы,

2 – измеренные влагозапасы по [6]

На рисунках сопряженных фаций ландшафтных катен.

 

Результаты расчетов по модели и сопоставление их с результатами полевых исследований представлены на рис. 2-4, где динамика влагозапасов показана в слоях мощностью 0-30 и 0-70 см для разных участков ландшафтной катены - на вершине холма, нижней трети склона, плоском основании склона. Сопоставление динамики влагозапасов в понижении не проводилось из-за отсутствия данных полевых наблюдений. 

На рисунках показаны результаты расчетов почвенных влагозапасов, начиная с 21 апреля, то есть с начала теплого периода (со среднесуточной температурой воздуха более 50С). Результаты сравнения представлены за 1961 год, за который имеются опубликованные результаты полевых исследований. Расчетные данные за этот год были выбраны из результатов непрерывного расчета за многолетний период (1959-2000 гг.), включая теплые и холодные периоды лет.

Анализируя результаты расчетов, можно сделать вывод, что модель практически воспроизводит наблюдавшуюся динамику влагозапасов для разных участков ландшафтной катены. При этом надо иметь в виду в общем невысокую точность определения влагозапасов в полевых условиях, а также пространственную случайную изменчивость водно-физических свойств почв, которая в модели не была учтена. Некоторые расхождения могут объясняться также некоторым расхождением значений климатических параметров (атмосферных осадков, температуры и влажности воздуха) на ближайшей метеостанции и на опытном участке.  

Выполненные расчеты и сопоставление их с результатами полевых исследований позволяют говорить о том, что разработанная математическая модель достаточно адекватно описывает динамику влагозапасов в почвах и грунтах и может применяться для прогнозов водного режима сопряженных фаций ландшафтных катен.

 

Библиографический список

 

1.         1.Высоцкий Г.Н. Об оро-климатологических основах классификации почв. // Избранные сочинения. Т. II. – М.М.: Изд-во АН СССР, 1962. Т. II. сС. 92-102.

2.         2.Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. Смоленск: Изд-во Ойкумена, 2002. 288 с.

3.         3.Голованов А.И., Сухарев Ю.И. Математическая модель влагопереноса в ландшафтных катенах. //Сборник научных трудов МГУП «Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России». Часть II. М..: МГУП, 2005. Ч. II.  сС. 3-11.

4.         4.Джеррард А.Дж. Почвы и формы рельефа. Комплексное геоморфолого-почвенное исследование: Пер. с англ.. - Л.: Л.: Недра. 1984. - 208 с.

5.         5.Зайдельман Ф.Р. Мелиорация заболоченных почв Нечерноземной зоны РСФСР. . М..: Колос, 1981. 168 с.

6.         6.Зайдельман Ф.Р. Режим и условия мелиорации заболоченных почв. М..: Колос, 1975. 320 с.

7.        7.Зайдельман Ф.Р., Виноградов В.Г. Исследования водного режима и физических свойств заболоченных дерново-подзолистых почв тяжелого механического состава. // Почвоведение. №7, 1964. № 7. сС. 80-93.

8.         8.Полынов Б.Б. Учение о ландшафтах. //Избранные труды. М..: Изд-во АН СССР. , 1956. Сс. 492-511.

9.         9.Урусевская И.С. Почвенные катены Нечерноземной зоны РСФСР. //Почвоведение. № 9, 1990.  № 9. сС. 12-27.